[发明专利]一种陀螺效应演示与测量设备

说明书

本发明提供了一种陀螺效应演示与测量设备，主要包括：内框转子保护罩1、平衡调节砝码2、陀螺转速传感器3、观察窗4、内框陀螺力矩传感器5、内框角度传感器6、内框导电滑环7、内框轴承8、内框轴承锁死机构9、外框框架10、外框轴承锁死机构11、外框角度传感器12、陀螺转子19、转子驱动电机20；这种陀螺效应演示与测量设备的内外环安装有角度传感器，可以实时监测内外环转动的角度与角速度，封闭的陀螺舱上开有观察窗4，并安装了陀螺转速传感器3，实现陀螺自转速度的闭环转速控制；能够分别实现陀螺定轴性演示、陀螺力矩和陀螺进动特性的演示与测量。

技术领域

本发明涉及一种陀螺效应演示与测量设备，属于惯性导航技术领域，用于定性和定量演示并测量陀螺力矩。

背景技术

陀螺仪是一种利用高速转动的陀螺具备的定轴性、进动性与陀螺力矩效应进行惯性导航测量的装置，陀螺效应是惯性导航与技术课程中非常重要的基础内容。陀螺效应较为抽象，难以理解，使用陀螺效应演示与测量设备能够让学生从定性和定量两个角度理解陀螺的效应。例如，公告号为CN103971564A的中国发明专利，公开了“一种陀螺特性演示装置”，其利用滑环将电机连接电源，实现了二自由度陀螺仪的两自由度全方位转动，通过角度刻度盘读取框架转过的角度可以实现陀螺特性的直观演示和定量计算。

发明内容

本发明人认识到，如CN103971564A的中国发明专利的纯机械式的陀螺特性演示装置有一定缺陷，由于没有测量测力的传感器，没有办法定量测量陀螺力矩的大小。同时，由于采用了刻度盘的形式测量转动角度，所以只能测量稳定状态，无法得到角速度等信息。陀螺仪在高速运动中其内环和外环会产生随动，会对造成读取转动角度困难。

另外，陀螺的高速转动是由电机驱动的，而市面上大部分的电机都是开环电机，导致实际的陀螺转速与要求的转速有一定的微小偏差，该微小偏差会对实验结果产生的影响。裸露在外的高速陀螺也会造成安全隐患。

根据本发明的一个方面，提供了一种陀螺效应演示与测量设备，其特征在于包括：

内框转子保护罩，

平衡调节砝码，

陀螺转速传感器，

观察窗，

内框陀螺力矩传感器，

内框角度传感器，

内框导电滑环，

内框轴承，

内框轴承锁死机构,

外框框架，

外框轴承，

陀螺仪支架台，

控制计算机与显示器，

控制旋钮，

陀螺转子，

转子驱动电机，

外框轴承锁死机构，用于开启和/或锁定陀螺仪沿着第三转轴的转动自由度，

其中：

内框转子保护罩是一个纺锤体，用于保护内部的陀螺转子，并减小外部因素对陀螺转子的影响，

内框转子保护罩内安装有陀螺转子、转子驱动电机，外部两端安装有平衡调节砝码、陀螺转速传感器，并且通过第二转轴和内框轴承与外框框架连接，

在内框转子保护罩与外框框架连接的第二转轴上，串联有内框陀螺力矩传感器、内框角度传感器、内框导电滑环内框轴承和内框轴承锁死机构，

观察窗设置在内框转子保护罩上，

转子驱动电机驱动陀螺转子围绕着第一转轴旋转，