激光技术应用原理/PRODUCTS

联系我们/CONTACT US

客服：应其威（先生）
电话：0574-8808326O
手机：139578O0148
mail：yingqw#sina.com(发MAIL时，替换@）
地址：宁波市鄞州电镀城大门口A23号

当前位置:首页 > 激光知识 > 激光技术应用原理激光技术应用原理

激光陀螺的产生

时间：2011-12-31 22:27:12  来源： 打印本文

激光陀螺的产生

2005/5/25/13:40作者：张召忠每当冬季结冰之后，许多人喜欢到冰面上去滑冰，孩子们则时兴玩儿一种称为“陀螺”的玩具。这种玩具结构十分简单，只要用鞭子抽打，给它一个能够推动其旋转的外力，陀螺就能在冰面上不停地旋转。旋转中的陀螺一般要具备三种要素：一是必须有一个外力推动，否则它自己无法启动和旋转；二是外力最好是恒定有力的，只有这样陀螺才会保持较高的转速；三是只要陀螺能够高速旋转，它就能够在起伏不平的冰面上保持一种相对稳定状态，而且始终使陀螺平面保持平稳。

利用高速旋转来保持稳定的这种陀螺原理，其实也广泛地应用于我们的工作和生活之中。比如，美丽的芭蕾舞演员在台上表演的时候，她总是用脚尖像陀螺那样不停地旋转，否则，演员根本不可能用脚尖长久支撑沉重的身躯，也不可能保持自身的平衡。杂技演员在悬空的钢丝上行走自如或骑车表演的时候，通常必须手握一根具有良好弹性的长杆，或者双手各执一种物件，以保持动态平衡。如果两手空空，就很难行走自如。同样道理，飞机、舰船、车辆和导弹在运动过程中也需要这样的平衡。

飞机和导弹上的陀螺仪是怎样达到让飞机和导弹达到平衡和稳定的呢？这个问题很难用几句话说清楚。简单地形容，就像空中杂技演员那样，他在空中走钢丝的过程中，手握一根长杆，当长杆偏向左边的时候，为了保持身体重心平稳，必须相应地把长杆向右边倾斜，以抑制身体重心向左边继续偏离；如果因为长杆右移而导致身体中心右偏，他必须相应地再把长杆向左边移动，以调整身体的重心。飞行中的飞机和导弹同样需要通过类似的方法来调整自身的重心，最终达到平衡的目的。当飞机或导弹出现重心偏移的时候，陀螺仪就会迅速将偏移信息传送给水平舵或垂直舵，调整俯仰或平飞姿态，使之正确地向目标接近。

关于陀螺运动的基础理论研究大约是从18世纪展开的，直到19世纪中期以后，陀螺才开始进入实用阶段。开始是用它来替代装配在钢制外壳船舶上的磁罗盘导航仪。第一次世界大战中，美国海军首先研制成功陀螺导航仪，相继应用于航海和航空，作为不可缺少的精密导航仪器。20世纪初出现了飞机陀螺稳定器和自动驾驶仪，1950年出现了惯性导航系统，从而为精确导航提供了技术装备的支持。近几十年来，各种高精度、长寿命、大过载的惯性元件和比较精密的陀螺系统，已经在航海、航空和航天中得到了广泛的应用。

陀螺仪可以装配在固定基座或运动基座（如飞机、火箭和卫星）上，可以单独使用，也可以由多个陀螺仪和有关元部件组成陀螺系统。利用陀螺的稳定性效应可以制成稳定仪，当船舶在海浪作用下发生侧向滚动时，由该装置所产生的陀螺力矩可以减小船舶的侧滚，保持船舶的稳定，还可以利用陀螺效应使船舶左右摇动以达到破冰的目的。

利用陀螺特性可制成测量飞机航向的飞行仪表，或测量物体角速度的陀螺仪表。20世纪20年代初，速率陀螺仪首先用作飞机的基本飞行仪表，继而用来为防空火力控制瞄准器提供前置角数据，还广泛应用于飞行器、车辆、火炮控制系统的角度控制伺服系统中以改善系统的动态品质。飞行姿态对于飞机的运动状态和保证飞行安全都有重要的意义，因此，陀螺地平仪或指引地平仪通常被作为测量飞机俯仰和倾侧姿态的重要飞行仪表。

20世纪初出现的陀螺平台惯性导航系统是一种利用质量作加速度的敏感元件，一般有加速度计、陀螺平台、计算机，以及控制、显示部件等组成。它是完全自足式的导航系统，以力学中的惯性原理为依据，与周围物理环境无关，不靠辐射能量和无线电等的辅助，不受外界干扰，导航精度完全取决于元件本身。惯性导航系统可以作为导航的独立装置来使用，也可以作为调整器而结合自动驾驶仪来控制运载器。目前已大量使用的捷联式惯性导航系统，不用陀螺平台而把运载器上的加速度计（通常是三个速率陀螺仪）的信号直接输入计算机，因而能降低造价和提高可靠性。陀螺平台惯性导航系统广泛应用于对导航精度有较高要求的武器系统中，比如发射弹道导弹的核潜艇，飞行时间短但精确度要求极高的洲际弹道导弹，飞行时间较长但精确程度要求较高的战略轰炸机或巡航导弹。20世纪末期，利用激光方向性强、单色性好、亮度高和相干性好等特点结合陀螺的特性，激光陀螺诞生了。