陀螺儀是將一個(gè)中心輪盤安裝在兩個(gè)或三個(gè)萬向節(jié)上的裝置。這些萬向節(jié)通過樞軸支撐可以使這個(gè)中心輪盤繞單個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。如果三個(gè)萬向節(jié)為一組，且每一個(gè)都通過正交的樞軸安裝在另一個(gè)上，就可以使安裝在較內(nèi)萬向節(jié)上的中心輪盤具有其自身的單獨(dú)方向，區(qū)別于其支架在空間中的方位。若是兩個(gè)萬向節(jié)為一組，做為該陀螺儀的框架的外部萬向節(jié)，被安裝成可以繞自身支架所在平面內(nèi)的軸方向進(jìn)行樞軸旋轉(zhuǎn)。所以這個(gè)外部萬向節(jié)只可以在一個(gè)角度上自由旋轉(zhuǎn)。陀螺儀的工作原理是基于角動(dòng)量守恒定律，即物體在沒有外力作用下，角動(dòng)量保持不變。四川抗電磁陀螺儀

陀螺儀有什么用，檢測和測量角速度以及方向？陀螺儀的主要作用是檢測和測量角速度以及方向，它在多個(gè)領(lǐng)域和設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。陀螺儀是一種基于角動(dòng)量守恒理論的裝置，通過高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來感測和維持方向。它的基本工作原理是利用轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量來抗拒方向改變的趨向，從而實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動(dòng)和方向的測量。陀螺儀不只在航空、航海等傳統(tǒng)領(lǐng)域中用于導(dǎo)航和姿態(tài)控制，而且在現(xiàn)代科技產(chǎn)品如智能手機(jī)、游戲手柄、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中也扮演著重要角色。安徽慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作用陀螺儀可以實(shí)現(xiàn)高精度的姿態(tài)控制，用于飛行器、導(dǎo)彈等的穩(wěn)定控制。

陀螺儀的分類：按照原理，可以分為機(jī)電式陀螺儀（以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)）、光電類陀螺儀（以近代物理學(xué)效應(yīng)為基礎(chǔ)），機(jī)電式陀螺儀（以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)）：轉(zhuǎn)子式陀螺儀：滾珠軸承支撐陀螺、液浮陀螺、氣浮陀螺、靜電陀螺等；新型振動(dòng)陀螺儀：音叉陀螺、半球諧振陀螺、微機(jī)電陀螺（MEMS）等；光電類陀螺儀（以光學(xué)Sagnac效應(yīng)測量運(yùn)載體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)）；激光陀螺、光纖陀螺、原子干涉陀螺、集成光學(xué)陀螺等；機(jī)電式：高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械轉(zhuǎn)子，高速轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生質(zhì)量不平衡，容易受到加速度的影響；啟動(dòng)時(shí)間較長，且需要一定的預(yù)熱時(shí)間；MEMS陀螺儀是利用 coriolis 定理，將旋轉(zhuǎn)物體的角速度轉(zhuǎn)換成與角速度成正比的直流電壓信號。

研究陀螺儀運(yùn)動(dòng)特性的理論是繞定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，它以物體的慣性為基礎(chǔ)，研究旋轉(zhuǎn)物體的動(dòng)力學(xué)特性。陀螺垂直儀，利用擺式敏感元件對三自由度陀螺儀施加修正力矩以指示地垂線的儀表，又稱陀螺水平儀。陀螺儀的殼體利用隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤轉(zhuǎn)子軸位置，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸偏離地垂線時(shí)，固定在殼體上的擺式敏感元件輸出信號使力矩器產(chǎn)生修正力矩，轉(zhuǎn)子軸在力矩作用下旋進(jìn)回到地垂線位置。陀螺垂直儀是除陀螺擺以外應(yīng)用于航空和航海導(dǎo)航系統(tǒng)的又一種地垂線指示或量測儀表。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）設(shè)備中，陀螺儀用于捕捉用戶頭部運(yùn)動(dòng)，提供沉浸式體驗(yàn)。

陀螺儀的應(yīng)用場景，慣性導(dǎo)航，在航空航天事業(yè)中普遍應(yīng)用，配合GPS提高導(dǎo)航精度（感知方向/速度的改變），已知起始位置/朝向，將每個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)方向與朝向，通過積分運(yùn)算后得到較終的朝向、位置信息。慣性姿態(tài)計(jì)算，體感操作（和平精英）、手勢控制（Smart Car教育機(jī)器人）、空間音頻（Airpods）、頭部追蹤（VR/AR頭顯）、飛控（無人機(jī)）、穩(wěn)定（穩(wěn)定器）。手機(jī)應(yīng)用：計(jì)步、攝像頭防抖、橫豎屏感應(yīng)切換、抬屏顯示、360°視圖顯示（可以根據(jù)手機(jī)的方位與角度查看不同視角，eg.星空APP）、搖一搖分類上，陀螺儀可以分為機(jī)械陀螺儀和光學(xué)陀螺儀兩種。四川抗電磁陀螺儀

陀螺儀在導(dǎo)航系統(tǒng)中，可以提供準(zhǔn)確的方向和位置信息，用于船舶、飛機(jī)等的導(dǎo)航。四川抗電磁陀螺儀

下面，我們以單自由度陀螺儀為例，來解析角速度測量的原理。單自由度陀螺儀的簡化模型如下圖所示，其中x、y、z分別表示陀螺儀的三個(gè)軸。假設(shè)基座被固定在汽車上，y軸即為汽車的前進(jìn)方向。當(dāng)汽車?yán)@y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)環(huán)起到了隔離運(yùn)動(dòng)的作用，陀螺轉(zhuǎn)軸并不會(huì)隨汽車轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。但當(dāng)汽車?yán)@x軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)環(huán)上會(huì)產(chǎn)生一對力F，形成沿x軸方向的力矩mx。由于陀螺儀在x軸方向沒有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進(jìn)動(dòng)。因此，通過測量y軸的角速度，我們可以間接測量到汽車在x軸的角速度。具體的建模和求解過程需要基于動(dòng)量矩定理，這里不再詳細(xì)展開。四川抗電磁陀螺儀