刚 体 陀 螺 仪

陀螺仪（gyroscope）的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。

在现实生活中，陀螺仪发生的进动是在重力力矩的作用下发生的。

结构

从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。更确切地说，一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪。

陀螺仪的基本部件有：

(1) 陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值)；

(2) 内、外框架(或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)；

(3) 附件(是指力矩马达、信号传感器等)。

实验原理

陀螺仪被用在飞机飞行仪表的心脏地位，是由于它的两个基本特性：一为定轴性（inertia or rigidity），另一是进动性（precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。

1、定轴性

当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量，这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或惯性。 其惯性随以下的物理量而改变：

1）转子质量愈大，惯性愈大；

2）转子旋转半径愈大，惯性愈大；

3）转子旋转速度愈大，惯性愈大；

2、进动性

在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是进动性。

进动性的大小也有三个影响的因素：

1）外界作用力愈大，其进动性也愈大；

2）转子的质量惯性矩（moment of inertia）愈大，进动性愈小；

3）转子的角速度愈大，进动性愈小；

而进动方向可根据进动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。

实验目的

直观地演示旋转刚体（陀螺）的定轴性，和在外力作用下的进动性。

实验仪器

1. 刚体陀螺仪。

2. 仪器尺寸:230*230*230mm

3. 重量:2.6Kg

4. 电源220V/50Hz，输出电压9V，电流500MA

5.电机：直流有刷电机。

6.转速：0-5000转/分钟，可调

实验步骤

将刚体陀螺仪器平放在桌面上，仪器周转保留一定空间。

1、接通电源，打开开关。

2、缓幔调节电源输出电压，可见陀螺开始平稳转动，无异常振动杂音。

3、调电压至最大值，约12V；待转速稳定后，即可观察陀螺转动特性。

4、当陀螺高速旋转起来时，将陀螺拿起，观察陀螺转轴的角度变化，验证定轴性实验。

5、给陀螺仪外框施加一个力，观察内框的转动；给陀螺仪内框施加一个力，观察外框的转动。验证进动性实验。

注意事项

1、陀螺飞轮高速旋转时，不可用手触摸或试图阻止其转动。

2、仪器处于高速旋状态下，须有人

一、功能描述

北斗/GPS综合实验平台，由实验平台的硬件和上位机软件两部分构成，硬件部分可以完全独立工作。硬件部分主要由GPS/北斗有源全向天线，GPRS天线，显示解算信息的LCD触摸屏，惯导组件；上位机软件部分，能够进行数据采集，进行开源实验，循序渐进的实验步骤和简单易懂的可视化操作。

北斗/GPS综合实验平台，为学生提供开放式的实验环境，使学生在真实设备、真实卫星信号环境下，亲自动手进行实验和编程，理解单向测距原理，掌握GPS测量误差和信号传输误差特性，掌握实时GPS卫星轨道计算方法，理解DOP的物理意义、掌握其计算方法及应用特性，掌握GPS卫星位置及Doppler频移的预测方法等接收机核心技术，理解惯导器件组成，以及工作原理和特性，同时与卫星导航定位进行组合定位的意义，掌握GPRS的工作原理，理解无线通讯在未来物联网等领域应用的实际意义。

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二、适用范围

适合大中专院校，导航、通信、测绘等专业的本科生、研究生。北斗/GPS基础教学实验、本科生毕业设计、硕士生课题研究。专业研发卫星导航的科研人员也能快速入门。

三、系统组成及各部分主要作用

四、配置一个卫星导航实验室需要基本设备：

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