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軸。假設(shè)基座被固定在汽車上，y軸即為汽車的前進方向。當汽車繞y軸或z軸旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)環(huán)起到了隔離運動的作用，陀螺轉(zhuǎn)軸并不會隨汽車轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。但當汽車繞x軸轉(zhuǎn)動時，內(nèi)環(huán)上會產(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)動自由度，力矩mx將使陀螺主軸繞內(nèi)環(huán)y軸進動。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量矩定理，這里不再詳細展開。陀螺儀在航空航天領(lǐng)域中，可以用于飛行器的姿態(tài)控制和導航定位。陜西航姿儀工作原理

陀螺儀的基本構(gòu)成（以機械式陀螺儀為例）：（1）轉(zhuǎn)子：常使用電機（比如同步電機、磁滯電機、三相交流電機等）驅(qū)動陀螺轉(zhuǎn)子繞其自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，并使其轉(zhuǎn)速近似保持為常值；（2）自轉(zhuǎn)軸；（3）萬向坐標系（內(nèi)、外環(huán)）：使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動自由度；（4）力矩馬達、信號傳感器等。使用陀螺儀/利用陀螺儀原理的產(chǎn)品/設(shè)備，慣性導航儀、體感設(shè)備（Joycon/wii等）、智能手機、穿戴設(shè)備（智能手表/手環(huán)）、飛行器/無人機、電子攝影設(shè)備、穩(wěn)定器、AR/VR、機器人、游戲控制器/游戲手柄、自行車（輪子轉(zhuǎn)的越快越不容易倒）。安徽高精度慣性導航系統(tǒng)隨著MEMS技術(shù)的成熟，微型陀螺儀逐漸成為市場主流，應用于各種消費電子產(chǎn)品。

陀螺儀是什么？陀螺儀器較早是用于航海導航，但隨著科學技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到普遍的應用。陀螺儀器不只可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動控制系統(tǒng)中的一個敏感元件，即可作為信號傳感器。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號，以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行，而在導彈、衛(wèi)星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。

陀螺穩(wěn)定器，穩(wěn)定船體的陀螺裝置。20世紀初使用的施利克被動式穩(wěn)定器實質(zhì)上是一個裝在船上的大型二自由度重力陀螺儀，其轉(zhuǎn)子軸鉛直放置，框架軸平行于船的橫軸。當船體側(cè)搖時，陀螺力矩迫使框架攜帶轉(zhuǎn)子一起相對于船體旋進。這種搖擺式旋進引起另一個陀螺力矩，對船體產(chǎn)生穩(wěn)定作用。斯佩里主動式穩(wěn)定器是在上述裝置的基礎(chǔ)上增加一個小型操縱陀螺儀，其轉(zhuǎn)子沿船橫軸放置。一旦船體側(cè)傾，小陀螺沿其鉛直軸旋進，從而使主陀螺儀框架軸上的控制馬達及時開動，在該軸上施加與原陀螺力矩方向相同的主動力矩，借以加強框架的旋進和由此旋進產(chǎn)生的對船體的穩(wěn)定作用。陀螺儀在空間站、衛(wèi)星等航天器中，為姿態(tài)控制和軌道測量提供關(guān)鍵支持。

下面重點說說。陀螺儀可以幫助手機實現(xiàn)很多增強現(xiàn)實的功能。增強現(xiàn)實是近期才冒出的概念，和虛擬現(xiàn)實一樣，是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力，讓人們對現(xiàn)實中的一些物體有跟深入的了解。如果大家不理解，舉個例子，前面有一個大樓，用手機攝像頭對準它，馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關(guān)參數(shù)，比如樓的高度，寬度，海拔，如果連接到數(shù)據(jù)庫，甚至可以得到這座大廈的物主、建設(shè)時間、現(xiàn)在的用途、可容納的人數(shù)等等。陀螺儀可以實現(xiàn)自動駕駛和無人駕駛技術(shù)，提供準確的定位和導航功能。高動態(tài)航姿儀定制

虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備中，陀螺儀用于捕捉用戶頭部運動，提供沉浸式體驗。陜西航姿儀工作原理

陀螺儀的發(fā)展歷程：機械式 → 小型芯片狀。1850年，法國物理學家，萊昂·傅科，發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子由于慣性作用，其旋轉(zhuǎn)軸永遠指向固定方向，故用希臘字gyro（旋轉(zhuǎn)）和skopein（看）來命名這種設(shè)備，即陀螺儀（gyro scope），并利用陀螺儀驗證了地球的自轉(zhuǎn)運動。1908年，德國科學家，赫爾曼·安許茨·肯普費，設(shè)計一種單轉(zhuǎn)子擺式陀螺，該系統(tǒng)可以憑借重力力矩自動尋找方向，解決了艦船導航的問題。二戰(zhàn)期間，德國，利用陀螺儀，為V-2火箭裝備了慣性制導系統(tǒng)，實現(xiàn)陀螺儀技術(shù)在導彈制導領(lǐng)域的初次應用。使用陀螺儀確定方向和角速度，使用加速度計計算加速度，計算得出飛彈飛行的距離與路線，同時控制飛行姿態(tài)，以爭取讓飛彈落到想去的地方陜西航姿儀工作原理

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