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一,、船用的陀螺儀耗電嗎？

耗電

陀螺儀耗電流一般比較大,可達(dá)1mA,。

陀螺儀是能給出飛行物體轉(zhuǎn)彎角度和航向指示的陀螺裝置,；垂直陀螺儀是可以指示地垂線的儀表。陀螺儀是用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置,。

二,、輪船陀螺儀制作過(guò)程？

第一步,，對(duì)絕緣體上硅片的底面刻蝕至一定深度,；

第二步，通過(guò)光刻以及刻蝕,，對(duì)所述絕緣體上硅片的底部進(jìn)一步刻蝕,，形成所述框架，所述質(zhì)量塊組,，扭轉(zhuǎn)梁以及梳齒結(jié)構(gòu),；

第三步，將所述絕緣體上硅片的底面與制作好的下蓋板進(jìn)行鍵合,；

第四步,，利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝，將所述絕緣體上硅片的上硅層減薄至一定厚度,；

第五步,，通過(guò)光刻和刻蝕，對(duì)絕緣體上硅片的頂面刻蝕至一定深度,；

第六步,，利用高溫生長(zhǎng)或者化學(xué)淀積法,，在所述絕緣體上硅片的頂面形成一層二氧化硅層；

第七步,，通過(guò)光刻以及刻蝕,，在所述二氧化硅層上刻蝕出圖形；

第八步,，在所述絕緣體上硅片的頂面涂覆光刻膠,，并利用光刻以及深度刻蝕，對(duì)所述絕緣體上硅片刻蝕出多個(gè)深至所述下硅層的孔,；

第九步,，在所述孔中淀積金屬，形成質(zhì)量塊組上的電極引線,；

第十步,，去除光刻膠，并進(jìn)一步刻蝕所述絕緣體上硅片的頂面的圖形,，從而形成自由活動(dòng)的連接梁以及質(zhì)量塊組,；

第十一步，將所述絕緣體上硅片的頂面與制作好的上蓋板進(jìn)行鍵合,，形成完整的陀螺儀,。

三、陀螺儀問(wèn)題,？

陀螺儀（gyroscope）用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對(duì)慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置,。利用其他原理制成的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。應(yīng)用學(xué)科：船舶工程（一級(jí)學(xué)科）,；船舶通信導(dǎo)航（二級(jí)學(xué)科）

當(dāng)轉(zhuǎn)子對(duì)自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I,，自轉(zhuǎn)角速度為ω時(shí)，則轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)動(dòng)量矩為L(zhǎng)=Iω,。假定支架軸承都絕對(duì)光滑,，基座不能通過(guò)這些軸承把外力矩傳給轉(zhuǎn)子，且內(nèi),、外兩框環(huán)的質(zhì)量可忽略不計(jì),。于是，由動(dòng)量矩守恒可知,，均衡陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸將能借慣性而在慣性空間保持不變方向,。假如用某種方式給轉(zhuǎn)子以沖擊性外力矩，使動(dòng)量矩L獲得橫向增量

且

則新動(dòng)量矩矢將偏轉(zhuǎn)一個(gè)小角

沖擊還使轉(zhuǎn)子軸的方向產(chǎn)生同一數(shù)量級(jí)的改變,，但新的角速度方向已和新的動(dòng)量矩方向不一致,。沖擊后，轉(zhuǎn)子軸將緊靠新動(dòng)量矩L+△L的方向作微幅高頻的抖動(dòng)（章動(dòng)）,，其幅度與ω成反比,，而頻率則與ω成正比,。由于ω很大，這種抖動(dòng)實(shí)際上是不易察覺(jué)的,，所以可認(rèn)為沖擊并未明顯改變轉(zhuǎn)子軸的方向,，即高速自轉(zhuǎn)均衡陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸具有抗沖擊的能力，這種特性稱為定軸性,。但是,，如果轉(zhuǎn)子沒(méi)有自轉(zhuǎn)，那么任何微小沖擊將使轉(zhuǎn)子軸獲得角速度,，而此后將按這個(gè)方向無(wú)限制地偏離下去,。

如果沿內(nèi)環(huán)軸持久地施加外力矩M，由于存在自轉(zhuǎn)動(dòng)量矩L,，轉(zhuǎn)子不會(huì)沿M方向繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng),，而繞十字交叉軸（即外環(huán)軸）以某一角速度Ω持久地轉(zhuǎn)動(dòng)（旋進(jìn)）,，如圖2,。由動(dòng)量矩定理可以證明，旋進(jìn)角速度Ω的大小反比于自轉(zhuǎn)角速度ω的大小,，即

式中θ為ω和Ω的交角,。其次，由作用與反作用定律可知,，轉(zhuǎn)子對(duì)外力矩M的施加者有反作用力矩K=－M,。這個(gè)力矩稱為陀螺反抗力矩或陀螺力矩，其大小為：

K=ΩL sinθ=IωΩ sinθ=M,，

方向與M相反,。K是科里奧利（慣性）力的矩。陀螺儀轉(zhuǎn)子還有其他慣性力矩,。當(dāng)旋進(jìn)非勻速時(shí),，角加速度和轉(zhuǎn)子對(duì)旋進(jìn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積冠以負(fù)號(hào)，稱為單軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩,，它和陀螺力矩的大小屬同一數(shù)量級(jí),。

圖3 在外力矩作用下內(nèi)外環(huán)的運(yùn)動(dòng)

陀螺運(yùn)動(dòng)的近似微分方程組 用A表示轉(zhuǎn)子連同內(nèi)、外環(huán)一起對(duì)外環(huán)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,，A表示轉(zhuǎn)子連同內(nèi)環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,。α、β分別是外環(huán)和內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)角,，且β由兩環(huán)相垂直的位置（標(biāo)記為N）算起（圖3）,，當(dāng)外力矩引起的內(nèi)、外環(huán)旋進(jìn)角速度

都是小量,，其平方項(xiàng)和乘積項(xiàng)都可忽略時(shí),，則各軸的外力矩（包括軸承中摩擦引起的力矩）和起決定性作用的慣性力矩可歸納如下表：

其他慣性力矩都是

的二階或更高階小項(xiàng),，因而都可以不計(jì)。

由達(dá)朗伯原理可以立即寫(xiě)出陀螺儀轉(zhuǎn)子軸繞外環(huán)和內(nèi)環(huán)旋進(jìn)的近似微分方程組：

繞轉(zhuǎn)子軸的自轉(zhuǎn)角速度（ω+sinβ）由外力矩維持不變,。

式（2）可以看成轉(zhuǎn)子-內(nèi)環(huán)紐合體相對(duì)于外環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方程,。如果外環(huán)不轉(zhuǎn)，即

則

就是按牛頓定律形式直接寫(xiě)出的轉(zhuǎn)動(dòng)方程?，F(xiàn)在由于環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)而增加了修正項(xiàng)

此陀螺力矩對(duì)轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有表觀作用,。可以看出,，在此相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,，陀螺力矩有使自轉(zhuǎn)軸按最短途徑向旋進(jìn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。

式（1）中也出現(xiàn)了陀螺力矩

這個(gè)力矩是轉(zhuǎn)子給予內(nèi)環(huán)的慣性反抗,，因此,，對(duì)于轉(zhuǎn)子-內(nèi)環(huán)-外環(huán)的組合來(lái)說(shuō)，就和外力矩一樣（慣性力不服從作用反作用定律,，轉(zhuǎn)子本身不因這個(gè)陀螺力矩而又受到反作用）（見(jiàn)動(dòng)靜法）,。

方程（1）和（2）也可以應(yīng)用于二自由度陀螺儀，如二自由度陀螺儀是由外環(huán)固定后構(gòu)成的,，則在方程組中應(yīng)

從而式（2）就和轉(zhuǎn)子無(wú)自轉(zhuǎn)時(shí)的單軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程一樣-式（1）可用來(lái)確定外力矩M,，它等于陀螺力矩

上述近似理論足以解釋高速自轉(zhuǎn)陀螺儀的全部動(dòng)力學(xué)特性。地球作為一個(gè)陀螺,，它的姿態(tài)攝動(dòng)也可以由此得到說(shuō)明（見(jiàn)剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)解法）,。

原理

陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí),，是不會(huì)改變的,。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向,，制造出來(lái)的東西就叫做陀螺儀,。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來(lái),，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn),，可以工作很長(zhǎng)時(shí)間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向,，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng),。

在現(xiàn)實(shí)生活中，陀螺儀發(fā)生的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是在重力力矩的作用下發(fā)生的,。

特性

陀螺儀被廣泛用于航空,、航天和航海領(lǐng)域。這是由于它的兩個(gè)基本特性：一為定軸性（inertia or rigidity）,，另一是進(jìn)動(dòng)性（precession）,，這兩種特性都是建立在角動(dòng)量守恒的原則下,。

定軸性

當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在沒(méi)有任何外力矩作用在陀螺儀上時(shí),，陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變,，即指向一個(gè)固定的方向；同時(shí)反抗任何改變轉(zhuǎn)子軸向的力量,。這種物理現(xiàn)象稱為陀螺儀的定軸性或穩(wěn)定性,。其穩(wěn)定性隨以下的物理量而改變：

陀螺儀圖冊(cè)

1.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大，穩(wěn)定性愈好,；

2.轉(zhuǎn)子角速度愈大,，穩(wěn)定性愈好。

所謂的“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”,，是描述剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)中的慣性大小的物理量,。當(dāng)以相同的力矩分別作用于兩個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的不同剛體時(shí)，它們所獲得的角速度一般是不一樣的,，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的剛體所獲得的角速度小,，也就是保持原有轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的慣性大；反之,，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的剛體所獲得的角速度大,，也就是保持原有轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的慣性小。

進(jìn)動(dòng)性

當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí),，若外力矩作用于外環(huán)軸，陀螺儀將繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng),；若外力矩作用于內(nèi)環(huán)軸,，陀螺儀將繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度方向與外力矩作用方向互相垂直,。這種特性,，叫做陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性。進(jìn)動(dòng)角速度的方向取決于動(dòng)量矩H的方向(與轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)角速度矢量的方向一致)和外力矩M的方向,，而且是自轉(zhuǎn)角速度矢量以最短的路徑追趕外力矩,。如右圖。

進(jìn)動(dòng)方向圖冊(cè)

這可用右手定則判定,。即伸直右手,，大拇指與食指垂直，手指順著自轉(zhuǎn)軸的方向,，手掌朝外力矩的正方向,，然后手掌與4指彎曲握拳，則大拇指的方向就是進(jìn)動(dòng)角速度的方向,。

進(jìn)動(dòng)角速度的大小取決于轉(zhuǎn)子動(dòng)量矩H的大小和外力矩M的大小,其計(jì)算式為進(jìn)動(dòng)角速度ω=M/H,。

進(jìn)動(dòng)性的大小也有三個(gè)影響的因素：

1.外界作用力愈大,，其進(jìn)動(dòng)角速度也愈大；

2.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大,，進(jìn)動(dòng)角速度愈?。?/p>

3.轉(zhuǎn)子的角速度愈大,，進(jìn)動(dòng)角速度愈小,。