船舶陀螺仪(船舶陀螺仪现状及研究进展)

2022-11-21 00:21 点击:101 编辑:邮轮网

1. 船舶陀螺仪现状及研究进展

陀螺仪器不仅可以作为指示仪表,而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件,即可作为信号传感器。根据需要,陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号,以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行,而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中,则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。作为稳定器,陀螺仪器能使列车在单轨上行驶,能减小船舶在风浪中的摇摆,能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器,陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见,陀螺仪器的应用范围是相当广泛的,它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位

2. 船舶陀螺仪现状及研究进展论文

船用罗经有三种,分别是电罗经、磁罗经和电磁罗经。其中电罗经和磁罗经基本上不用校对,由于陀螺仪高速旋转的先天作用,电罗经和电磁罗经基本上方向是准确的。

要校对的是磁罗经,校对磁罗经一般有两种方法,一个是跟电罗经方向进行比较,还有一种是利用北极星。不管是哪种办法,都有一个计算公式:磁航向=真航向+磁偏角+累积年差。

3. 陀螺仪的发展历史

  激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。

  什么叫做“受激辐射”?它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳到(跃迁)到低能级上,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。激光主要有四大特性:激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。

  激光的高亮度:固体激光器的亮度更可高达1011W/cm2Sr。不仅如此,具有高亮度的激光束经透镜聚焦后,能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温,这就使其可能可加工几乎所有的材料。

  激光的高方向性:激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时,还能保证聚焦得到极高的功率密度,这两点都是激光加工的重要条件

  激光的高单色性:由于激光的单色性极高,从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上,得到很高的功率密度。

  激光的高相干性:相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。

  目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔(包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等)、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。

  经过30多年的发展,激光现在几乎是无处不在,它已经被用在生活、科研的方方面面:激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮……,在不久的将来,激光肯定会有更广泛的应用。

  激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同,激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成,目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点,但也存在易受天气和环境影响等弱点。激光武器已有30多年的发展历史,其关键技术也已取得突破,美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。目前低能激光武器已经投入使用,主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器,以及攻击人眼和一些增强型观测设备;高能激光武器主要采用化学激光器,按照现有的水平,今后5—10年内可望在地面和空中平台上部署使用,用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。

  激光的其它特性:

  激光有很多特性:首先,激光是单色的,或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光,但是这些激光是互相隔离的,使用时也是分开的。其次,激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的,整束光就好像一个“波列”。再次,激光是高度集中的,也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。

  激光(LASER)是上实际60年代发明的一种光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。激光器有很多种,尺寸大至几个足球场,小至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦-氖激光器和氩激光器;固体激光器有红宝石激光器;半导体激光器有激光二极管,像CD机、DVD机和CD-ROM里的那些。每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法。

4. 陀螺仪发展

利用陀螺仪的动力学特性制成的各种仪表或装置,主要有以下几种:

折叠陀螺方向仪

能给出飞行物体转弯角度和航向指示的陀螺装置。它是三自由度均衡陀螺仪,其底座固连在飞机上,转子轴提供惯性空间的给定方向。若开始时转子轴水平放置并指向仪表的零方位,则当飞机绕铅直轴转弯时,仪表就相对转子轴转动,从而能给出转弯的角度和航向的指示。由于摩擦及其他干扰,转子轴会逐渐偏离原始方向,因此每隔一段时间(如15分钟)须对照精密罗盘作一次人工调整。

折叠陀螺罗盘

供航行和飞行物体作方向基准用的寻找并跟踪地理子午面的三自由度陀螺仪。其外环轴铅直,转子轴水平置于子午面内,正端指北;其重心沿铅垂轴向下或向上偏离支承中心。转子轴偏离子午面时同时偏离水平面而产生重力矩使陀螺旋进到子午面,这种利用重力矩的陀螺罗盘称摆式罗盘。21世纪发展为利用自动控制系统代替重力摆的电控陀螺罗盘,并创造出能同时指示水平面和子午面的平台罗盘。

折叠陀螺垂直仪

利用摆式敏感元件对三自由度陀螺仪施加修正力矩以指示地垂线的仪表,又称陀螺水平仪。陀螺仪的壳体利用随动系统跟踪转子轴位置,当转子轴偏离地垂线时,固定在壳体上的摆式敏感元件输出信号使力矩器产生修正力矩,转子轴在力矩作用下旋进回到地垂线位置。陀螺垂直仪是除陀螺摆以外应用于航空和航海导航系统的又一种地垂线指示或量测仪表。

折叠陀螺稳定器

稳定船体的陀螺装置。20世纪初使用的施利克被动式稳定器实质上是一个装在船上的大型二自由度重力陀螺仪,其转子轴铅直放置,框架轴平行于船的横轴。当船体侧摇时,陀螺力矩迫使框架携带转子一起相对于船体旋进。这种摇摆式旋进引起另一个陀螺力矩,对船体产生稳定作用。斯佩里主动式稳定器是在上述装置的基础上增加一个小型操纵陀螺仪,其转子沿船横轴放置。一旦船体侧倾,小陀螺沿其铅直轴旋进,从而使主陀螺仪框架轴上的控制马达及时开动,在该轴上施加与原陀螺力矩方向相同的主动力矩,借以加强框架的旋进和由此旋进产生的对船体的稳定作用。

折叠速率陀螺仪

用以直接测定运载器角速率的二自由度陀螺装置。把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速率的轴。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时,陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对运载器旋进。陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进,而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时,积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角(即角速度的积分)。以上两种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。

折叠陀螺稳定平台

以陀螺仪为核心元件,使被稳定对象相对惯性空间的给定姿态保持稳定的装置。稳定平台通常利用由外环和内环构成制平台框架轴上的力矩器以产生力矩与干扰力矩平衡使陀螺仪停止旋进的稳定平台称为动力陀螺稳定器。陀螺稳定平台根据对象能保持稳定的转轴数目分为单轴、双轴和三轴陀螺稳定平台。陀螺稳定平台可用来稳定那些需要精确定向的仪表和设备,如测量仪器、天线等,并已广泛用于航空和航海的导航系统及火控、雷达的万向支架支承。根据不同原理方案使用各种类型陀螺仪为元件。其中利用陀螺旋进产生的陀螺力矩抵抗干扰力矩,然后输出信号控、照相系统。

折叠传感器

陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假象的平面上挥动鼠标,屏幕上的光标就会跟着移动,并可以绕着链接画圈和点击按键。当你正在演讲或离开桌子时,这些操作都能够很方便地实现。 陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的,已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上(IPHONE的三轴陀螺仪技术)。

折叠光纤陀螺仪

光纤陀螺仪是以光导纤维线圈为基础的敏感元件, 由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播。光传播路径的变化,决定了敏感元件的角位移。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比,优点是全固态,没有旋转部件和摩擦部件,寿命长,动态范围大,瞬时启动,结构简单,尺寸小,重量轻。与激光陀螺仪相比,光纤陀螺仪没有闭锁问题,也不用在石英块精密加工出光路,成本低。

折叠激光陀螺仪

激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度(Sagnac效应)。在闭合光路中,由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉,利用检测相位差或干涉条纹的变化,就可以测出闭合光路旋转角速度。

折叠MEMS陀螺仪

基于MEMS的陀螺仪价格相比光纤或者激光陀螺便宜很多,但使用精度非常低,需要使用参考传感器进行补偿,以提高使用精度,ADI公司是低成本的MEMS陀螺仪的主要制造商,VMSENS提供的AHRS系统正是通过这种方式,对低成本的MEMS陀螺仪进行辅助补偿实现的。

基于MEMS 技术的陀螺因其成本低,能批量生产,已经能够广泛应用于汽车牵引控制系统、医用设备、军事设备等低成本需求应用中。

5. 船舶陀螺仪现状及研究进展情况

  第一大用途,导航。陀螺仪自被发明开始,就用于导航,先是德国人将其应用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手机的导航能力将达到前所未有的水准。实际上,目前很多专业手持式GPS上也装了陀螺仪,如果手机上安装了相应的软件,其导航能力绝不亚于目前很多船舶、飞机上用的导航仪

  第二大用途,可以和手机上的摄像头配合使用,比如防抖,这会让手机的拍照摄像能力得到很大的提升。

  第三大用途,各类游戏的 传感器 ,比如飞行游戏,体育类游戏,甚至包括一些第一视角类射击游戏,陀螺仪完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果。有关这点,想必用过任天堂WII的兄弟会有很深的感受

6. 陀螺仪发展方向

现在的智能终端已经大面积使用,之前因为成本较高,普遍用在飞机、航母及大型运作设备上,就用现在的智能手机来研究下陀螺仪吧,之后还会介绍清楚陀螺仪的特性,看完大家就能完全理解陀螺仪了。 1.现在智能手机上采用的陀螺仪是MEMS(微机电)陀螺仪,手机中陀螺仪的运用首先用在游戏的控制上,相比传统重力感应器只能感应左右两个维度的(多轴的重力感应是可以检测到物体竖直方向的转动,但角度难判断)变化,陀螺仪通过对偏转、倾斜等动作角速度的测量,可以实现用手控制游戏主角的视野和方向。

2.可以帮助手机摄像头防抖。

在我们按下快门时,陀螺仪测量出手机翻转的角度,将手抖产生的偏差反馈给图像处理器,用计算出的结果控制补偿镜片组,对镜头的抖动方向以及位移作出补偿,实现更清晰的拍照效果。

3.能辅助GPS进行惯性导航。

特别是在没有GPS信号的隧道、桥梁或高楼附近,陀螺仪会测量运动的方向和速度,将速度乘以时间获得运动的距离,实现精确定位导航,并能修正导航线路

7. 陀螺仪的研究

高伯龙

1971年我国激光学专家高伯龙应招入京,接到任务后的高伯龙迅速组织人员研究课题,但是拿当时国内的科研条件来说,想要搞出激光陀螺仪却难如登天。但是,就是在这样的绝境下,高伯龙依然依靠着自己深厚的理论功底和非凡的数学能力,弄明白了激光陀螺仪的基本原理。历经多年的研发后,1978年中国第一代激光陀螺仪试验样机制成。最终完全国产的激光陀螺仪也在90年代末期定性。

8. 陀螺仪发展史

1. 李四光

2. 钱学森

3. 钱三强

4. 袁隆平

5. 刘华清

6. 王选

7. 茅以升

8. 南仁东

9. 詹天佑

10.华罗庚

1.李四光

尊称:地质之父

李四光是湖北黄冈人,是我国著名音乐家、科学家、地质学家、教育家和社会活动家,是中国现代地球科学和地质工作的主要领导人和奠基人之一。

2.钱学森

尊称:导弹之父

钱学森是浙江杭州人,是世界著名科学家,空气动力学家,中国载人航天奠基人,有着“中国自动化控制之父”和“火箭之王”之称。是中国现代杰出男性之一。

3.钱三强

尊称:原子弹之父

钱三强是浙江绍兴人,核物理学家,“两弹一星”元勋,中国原子能科学之父。为中国原子能科学事业的创立和发展作出了突出贡献。

4. 袁隆平

尊称:杂交水稻之父

袁隆平先生被誉为“世界杂交水稻之父”,在水稻研究上面花费了大半个世纪,甘于奉献,呕心沥血。为人名群众吃饭问题做出了重大贡献。是中国十大先锋人物之一。

5.刘华清

尊称:航母之父

刘华清是湖北大悟人,中国人民解放军高级将领,为国家和民族尽心尽力,为中国海军的现代化发展作出了不可磨灭的贡献。

6.王选

尊称:激光照排印刷之父

王选是江苏无锡人,计算机文字信息处理专家,也是汉字激光照排系统创始人,为中国科技发展史奠定了基础,添加了一笔色彩。

7.茅以升

尊称:现代桥梁之父

茅以升是江苏镇江人,是我国著名的桥梁专家。是中国土力学学科的创始人和倡导者。主持修建中国第一座现代化桥梁,也就是钱塘江大桥。

8. 南仁东

尊称:天眼之父

南仁东是吉林辽源人,是我国伟大的天文学家,他潜心天文研究,实现了中国拥有世界一流水平望远镜的梦想,推动了社会经济发展和进步。

9. 詹天佑

尊称:铁路之父

詹天佑是中国铁路工程专家,负责修建京张铁路等工程,中华铁路第一人,严谨认真,兢兢业业,他是我国铁路事业的科技骄子。

10. 华罗庚

尊称:现代数学之父

华罗庚是江苏丹阳人,著名的数学家,中国科学院院士,也是中国解析数论创始人和开拓者,为数学科学事业的发展作出了贡献。

9. 船舶稳定陀螺仪

你这种情况买一个户户通就可以了,就是那种小锅的,前年我们村里就有买的,250块钱说是有二百多个台。

10. 船舶陀螺仪现状及研究进展图

  第一大用途,导航。陀螺仪自被发明开始,就用于导航,先是德国人将其应用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手机的导航能力将达到前所未有的水准。实际上,目前很多专业手持式GPS上也装了陀螺仪,如果手机上安装了相应的软件,其导航能力绝不亚于目前很多船舶、飞机上用的导航仪

  第二大用途,可以和手机上的摄像头配合使用,比如防抖,这会让手机的拍照摄像能力得到很大的提升。

  第三大用途,各类游戏的 传感器 ,比如飞行游戏,体育类游戏,甚至包括一些第一视角类射击游戏,陀螺仪完整监测游戏者手的位移,从而实现各种游戏操作效果。有关这点,想必用过任天堂WII的兄弟会有很深的感受

  第四大用途,可以用作输入设备,陀螺仪相当于一个立体的鼠标,这个功能和第三大用途中的游戏传感器很类似,甚至可以认为是一种类型。

  第五大用途,也是未来最有前景和应用范围的用途。下面重点说说。那就是可以帮助手机实现很多增强现实的功能。增强现实是近期才冒出的概念,和虚拟现实一样,是计算机的一种应用。大意是可以通过手机或者电脑的处理能力,让人们对现实中的一些物体有跟深入的了解。如果大家不理解,举个例子,前面有一个大楼,用手机摄像头对准它,马上就可以在屏幕上得到这座大楼的相关参数,比如楼的高度,宽度,海拔,如果连接到数据库,甚至可以得到这座大厦的物主、建设时间、现在的用途、可容纳的人数等等。

  手机陀螺仪有什么用?目前手机上的陀螺仪应用最多的地方就是在游戏中,人们大多利用陀螺仪来提供体验感,把陀螺仪单做是游戏的传感器,发挥出积极有效的游戏成果,提高游戏的体验能力等。当然在了解了陀螺仪用处后,人们可以利用陀螺仪在导航、拍照等方面发挥出积极的成果,改变陀螺仪“闲置”的状态,让手机因陀螺仪运用而变得丰富多彩。

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