【華中科技大學(xué)：研發(fā)自粘附壓力傳感器，用于水下目標(biāo)探測(cè)】

水下目標(biāo)探測(cè)是海洋技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，涵蓋科學(xué)研究（例如海洋生物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)）、工業(yè)（例如對(duì)采礦和油田開(kāi)采作業(yè)進(jìn)行水下監(jiān)視）和軍事（例如威脅檢測(cè)）等多個(gè)場(chǎng)景。例如，通過(guò)監(jiān)測(cè)特定水域中海洋生物發(fā)出的信號(hào)，可以對(duì)種群進(jìn)行分類(lèi)，識(shí)別外來(lái)物種，保護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的平衡。然而，介質(zhì)衰減、信號(hào)干擾以及不同的水域環(huán)境等影響使得非接觸水下目標(biāo)探測(cè)面臨巨大的挑戰(zhàn)。

本研究制備了一種可用于水下目標(biāo)探測(cè)的自粘附壓力傳感器，其由混合構(gòu)型碳納米管陣列制備而成，包括陣列和非陣列兩個(gè)部分。由于陣列部分在壓力作用下致密的管間接觸，其可實(shí)現(xiàn)水下18 mPa的微弱壓力信號(hào)檢測(cè)，在18 mPa-178 mPa壓力探測(cè)范圍內(nèi)保持99.82%的線性度。此外，非陣列部分表現(xiàn)出23.24 N/cm2的剪切粘附強(qiáng)度，使得傳感器可以在運(yùn)行速度為10公里/小時(shí)的載體上保持穩(wěn)定。結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該傳感器可以對(duì)不同的水下目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，為非接觸式壓力檢測(cè)和水下目標(biāo)識(shí)別提供了新的可能。

水下目標(biāo)探測(cè)可以分為主動(dòng)探測(cè)（發(fā)射主動(dòng)信號(hào)并接收反射信號(hào)）和被動(dòng)探測(cè)（探測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生的信號(hào)）兩種。主動(dòng)探測(cè)具有成像分辨率高、噪聲干擾低等優(yōu)點(diǎn)，但該方法需要大功率信號(hào)源來(lái)發(fā)射信號(hào)，加重了供電系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，并且增加了暴露的風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)而言，被動(dòng)探測(cè)更加隱蔽，功耗低且可大范圍鋪設(shè)，是一種理想的隱蔽式探測(cè)方案。然而，被動(dòng)式水下非接觸式壓力探測(cè)的研究仍相對(duì)少見(jiàn)。

本研究成功制備了一種具有超低檢測(cè)下限的自粘附壓力傳感器，為水下目標(biāo)的非接觸式遠(yuǎn)距離探測(cè)提供了重要解決方案。其基于混合構(gòu)型碳納米管制備而成，在有離子存在的液體環(huán)境中，碳納米管表面會(huì)吸附離子形成雙電層，在壓力作用下，碳納米管發(fā)生彎曲變形，管與管之間發(fā)生接觸，所吸附的離子發(fā)生遷移，產(chǎn)生電勢(shì)變化，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測(cè)。

圖1. 自粘附水下壓力傳感器件的結(jié)構(gòu)及制備。（A）自粘附壓力傳感器的結(jié)構(gòu)。（B）混合構(gòu)型碳納米管的制備。（C）自粘附壓力傳感器的工作機(jī)理。

相較于單一構(gòu)型的陣列碳納米管和非陣列碳納米管，混合構(gòu)型碳納米管結(jié)合了陣列碳納米管在傳感性能方面和非陣列碳納米管在粘附方面的優(yōu)勢(shì)。并且，由于混合構(gòu)型碳納米管中非陣列部分的彈性模量低于陣列部分的彈性模量，在施加預(yù)壓力將自粘附壓力傳感器粘附在基底的過(guò)程中，非陣列部分先發(fā)生變形，與載體形成牢固的貼合。而陣列部分由于彈性模量較高，其在預(yù)壓力作用下仍然保持了高度的取向結(jié)構(gòu)，為傳感器在壓力作用下致密的管間接觸提供了保障，從而獲得更高的壓力輸出響應(yīng)。

圖2. 自粘附傳感的工作機(jī)制。（A-B）混合構(gòu)型碳納米管粘附之前的掃描電子顯微鏡圖像。（C）基于混合構(gòu)型碳納米管粘附之前掃描電子顯微鏡圖像的快速傅里葉變換。（D-E）混合構(gòu)型碳納米管粘附之后的掃描電子顯微鏡圖像。（F）基于混合構(gòu)型碳納米管粘附之后掃描電子顯微鏡圖像的快速傅里葉變換。（G）陣列結(jié)構(gòu)和非陣列結(jié)構(gòu)壓力作用下接觸長(zhǎng)度的趨勢(shì)對(duì)比。（H）陣列結(jié)構(gòu)在壓力作用下的變形。（I）非陣列結(jié)構(gòu)在壓力作用下的變形。

結(jié)果分析

基于混合構(gòu)型碳納米管制備的自粘附水下壓力傳感器的剪切粘附強(qiáng)度達(dá)到23.24 N/cm2,法向粘附強(qiáng)度達(dá)到5.05N/cm2，經(jīng)過(guò)28天水下浸泡后，其粘附強(qiáng)度保持率仍然在80%以上，并且可以實(shí)現(xiàn)在石英、不銹鋼、亞克力、玻璃和銅基底上的粘附。

圖3. 自粘附水下壓力傳感器的粘附性能。（A）基于混合構(gòu)型碳納米管、陣列碳納米管、非陣列碳納米管的自粘附水下壓力傳感器的剪切粘附強(qiáng)度和法向粘附強(qiáng)度。（B）三種自粘附水下壓力傳感器的剪切粘附力和剪切脫附功。（C）三種自粘附水下壓力傳感器的法向粘附力和法向脫附功。（D）基于混合構(gòu)型碳納米管的自粘附水下壓力傳感器的剪切粘附強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。（E）基于混合構(gòu)型碳納米管的自粘附水下壓力傳感器的法向粘附強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。（F）混合構(gòu)型碳納米管粘附在載體上浸泡在0.6 mol/L NaCl溶液中7天和28天的掃描電子顯微鏡圖像。（G）剪切粘附強(qiáng)度與商用粘附材料性能對(duì)比。（H）混合構(gòu)型碳納米管在不同基底上的剪切粘附強(qiáng)度和法向粘附強(qiáng)度對(duì)比。（I）水壓沖擊測(cè)試。（J）高速運(yùn)行測(cè)試。

得益于混合構(gòu)型碳納米管中陣列部分對(duì)于壓力的高靈敏響應(yīng)，其可實(shí)現(xiàn)18 mPa-178 mPa范圍內(nèi)微弱壓力信號(hào)的響應(yīng)，在40m水深范圍內(nèi)可保持性能穩(wěn)定。結(jié)合其1-10Hz范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定性和在垂直方向的指向性，通過(guò)組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，其可實(shí)現(xiàn)水下不同目標(biāo)的識(shí)別和所在位置的判斷。

圖4. 自粘附水下壓力傳感器的傳感性能。（A）基于混合構(gòu)型碳納米管、陣列碳納米管、非陣列碳納米管的自粘附水下壓力傳感器對(duì)不同壓力的響應(yīng)。（B）混合構(gòu)型碳納米管自粘附水下壓力傳感器對(duì)18 mPa–178 mPa壓力信號(hào)的實(shí)時(shí)響應(yīng)。（C）自粘附水下壓力傳感器在不同水深下的壓力響應(yīng)曲線。（D）基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)識(shí)別與位置判斷示意圖。（E）自粘附水下壓力傳感器對(duì)于不同頻率、不同壓力的輸出響應(yīng)。（F）自粘附水下壓力傳感器的指向性。（G）循環(huán)性能測(cè)試。（H）與已報(bào)道研究的性能對(duì)比。

結(jié)合人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自粘附水下壓力傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的識(shí)別。通過(guò)采集不同目標(biāo)產(chǎn)生的信號(hào)，根據(jù)不同目標(biāo)產(chǎn)生的信號(hào)在傳輸過(guò)程中頻率不會(huì)變化這一特點(diǎn)，依據(jù)其特征頻率的不同，自粘附水下壓力傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)的識(shí)別。

圖5.自粘附水下壓力傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景。（A）自粘附水下壓力傳感器用于水下目標(biāo)識(shí)別。（B）通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別過(guò)程。（C）不同目標(biāo)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信號(hào)。（D）基于不同目標(biāo)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信號(hào)的傅里葉變化圖。

總之，本研究開(kāi)發(fā)了一種自粘附水下壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水下目標(biāo)的非接觸檢測(cè)?；旌蠘?gòu)型碳納米管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效地解決了傳感和粘合功能之間的權(quán)衡，從而實(shí)現(xiàn)了安全的固定和18 mPa的超低檢測(cè)下限。此外，由于陣列部分高度的取向性，該傳感器表現(xiàn)出穩(wěn)定的頻率響應(yīng)和垂直方向的指向性。并且其剪切粘結(jié)強(qiáng)度為23.24 N/cm2，可承受高達(dá)1.67 L/S的水壓沖擊和10 km/h的高速運(yùn)行試驗(yàn)，在復(fù)雜的水下環(huán)境中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。通過(guò)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，其還可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同模擬水下目標(biāo)的移動(dòng)識(shí)別，為非接觸式、遠(yuǎn)距離水下目標(biāo)探測(cè)提供了新的可能。

傳感動(dòng)態(tài)

【蘋(píng)果手表被曝將移除血氧傳感器技術(shù)，以規(guī)避美國(guó)銷(xiāo)售禁令】

為避免蘋(píng)果手表在美銷(xiāo)售禁令再次生效，蘋(píng)果（Nasdaq：AAPL）計(jì)劃移除旗下最新兩款智能手表Apple Watch Ultra 2和Apple Watch Series 9的血氧傳感器技術(shù)。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間1月15日，據(jù)醫(yī)療技術(shù)公司麥斯莫醫(yī)療（Masimo）透露，蘋(píng)果已經(jīng)獲得美國(guó)海關(guān)邊境保護(hù)局（CBP）的批準(zhǔn)，或?qū)?duì)于面臨禁售風(fēng)險(xiǎn)的蘋(píng)果手表進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其不再包含血氧檢測(cè)功能，麥斯莫醫(yī)療在血氧傳感器技術(shù)上與蘋(píng)果有長(zhǎng)期專(zhuān)利糾紛。

此前，蘋(píng)果在對(duì)美國(guó)國(guó)際貿(mào)易委員會(huì)（ITC）發(fā)布的銷(xiāo)售禁令上訴時(shí)表示，對(duì)于該禁令所涉及的兩款智能手表型號(hào)，公司已向CBP提交了經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的版本。CBP負(fù)責(zé)執(zhí)行進(jìn)口禁令，將確定經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)的蘋(píng)果手表是否依然侵犯麥斯莫醫(yī)療的專(zhuān)利。

根據(jù)麥斯莫醫(yī)療15日提交的一份文件顯示，CBP已于12日批準(zhǔn)了對(duì)蘋(píng)果手表相關(guān)型號(hào)的技術(shù)修改，其中包括去除血氧傳感器。麥斯莫醫(yī)療方面的律師向外媒確認(rèn)，只要去除血氧監(jiān)測(cè)功能，美國(guó)政府對(duì)于蘋(píng)果手表的進(jìn)口就不會(huì)有反對(duì)意見(jiàn)。

麥斯莫醫(yī)療當(dāng)日發(fā)布的一份聲明表示：“蘋(píng)果稱(chēng)其重新設(shè)計(jì)的手表不包含血氧測(cè)量功能，這是該公司向承擔(dān)責(zé)任邁出的積極一步?！?/p>

法院將在未來(lái)幾天內(nèi)對(duì)蘋(píng)果此前提交的動(dòng)議給出結(jié)果，決定是否在蘋(píng)果上訴期間暫停執(zhí)行ITC的銷(xiāo)售禁令。蘋(píng)果的一位發(fā)言人對(duì)外媒表示，目前，兩款手表將繼續(xù)提供血氧功能。如果法院沒(méi)有批準(zhǔn)暫緩執(zhí)行禁令，蘋(píng)果將去掉手表中的血氧檢測(cè)功能。蘋(píng)果方面預(yù)計(jì)，整個(gè)上訴過(guò)程將持續(xù)一年或更長(zhǎng)時(shí)間。

據(jù)外媒分析，血氧檢測(cè)功能是蘋(píng)果手表相關(guān)型號(hào)的最大賣(mài)點(diǎn)之一，移除該功能可能會(huì)削弱消費(fèi)者需求。有消息稱(chēng)蘋(píng)果正在準(zhǔn)備一個(gè)軟件更新來(lái)調(diào)整其血氧檢測(cè)功能的算法，試圖避開(kāi)麥斯莫醫(yī)療的專(zhuān)利技術(shù)，不知是否能趕在銷(xiāo)售禁令重啟前推出。而知名蘋(píng)果爆料記者馬克·古爾曼（Mark Gurman）表示，蘋(píng)果已經(jīng)開(kāi)始向美國(guó)零售店運(yùn)送新的“改良”版蘋(píng)果手表。

蘋(píng)果和麥斯莫醫(yī)療之間這場(chǎng)圍繞血氧傳感器展開(kāi)的專(zhuān)利風(fēng)波已經(jīng)持續(xù)數(shù)年，近日更是反轉(zhuǎn)不斷。

2023年12月26日，在度過(guò)美國(guó)政府為期60天的總統(tǒng)審查期后，ITC發(fā)布的蘋(píng)果手表在美銷(xiāo)售禁令正式生效，有血氧傳感器技術(shù)的Apple Watch Ultra 2和Apple Watch Series 9將在美國(guó)停止銷(xiāo)售。

當(dāng)日，蘋(píng)果宣布就ITC的判決提起上訴，并向美國(guó)聯(lián)邦巡回上訴法院請(qǐng)求緊急限制令，稱(chēng)ITC的決定是錯(cuò)誤的，公司將遭受“無(wú)法彌補(bǔ)的傷害”。美國(guó)聯(lián)邦巡回上訴法院于第二日宣布暫停實(shí)施該銷(xiāo)售禁令。

今年1月10日，ITC又向美國(guó)聯(lián)邦巡回上訴法院提交了訴訟文件，正式反對(duì)蘋(píng)果此前提出的、在整個(gè)上訴期間暫停該銷(xiāo)售禁令的動(dòng)議。

受本次銷(xiāo)售禁令影響的Apple Watch Series 9和Apple Watch Ultra 2發(fā)布于2023年9月，是目前蘋(píng)果手表的主力機(jī)型，售價(jià)分別為399美元和799美元起步。雖然蘋(píng)果手表在公司總營(yíng)收中所占比例較小，但該產(chǎn)品在蘋(píng)果不斷擴(kuò)大健康業(yè)務(wù)的計(jì)劃中扮演著重要的角色。

【總投資15億元，芯智達(dá)電子MEMS高性能壓力傳感器項(xiàng)目、碳華新材項(xiàng)目落地安徽蚌埠】

據(jù)傳感器專(zhuān)家網(wǎng)了解，近日安徽蚌埠市龍子湖區(qū)政府與安徽芯智達(dá)電子科技有限公司、深圳碳華新材料科技有限公司項(xiàng)目簽約儀式舉行。

龍子湖區(qū)人民政府發(fā)布消息顯示，此次簽約的芯智達(dá)電子科技MEMS高性能壓力傳感器項(xiàng)目、碳華新材料科技復(fù)合型芯片用熱管理材料項(xiàng)目總投資共15億元。其中，芯智達(dá)電子科技MEMS高性能壓力傳感器項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后可形成年產(chǎn)1200萬(wàn)只高性能MEMS壓力傳感器的產(chǎn)能。碳華新材料科技復(fù)合型芯片用熱管理材料項(xiàng)目，將生產(chǎn)各類(lèi)高強(qiáng)度、超大存儲(chǔ)熱量的復(fù)合型芯片用熱管理材料，應(yīng)用于電子顯示、數(shù)碼3C、智能座艙等各類(lèi)智能電子設(shè)備。

安徽省科技廳信息顯示，截至2023年10月底，蚌埠市智能傳感產(chǎn)業(yè)規(guī)上企業(yè)達(dá)39家，完成產(chǎn)值41.7億元，實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入55.1億元；新簽約億元以上項(xiàng)目34個(gè)、協(xié)議總投資92億元，已開(kāi)工項(xiàng)目7個(gè)、總投資額12億元，已投產(chǎn)項(xiàng)目6個(gè)、總投資額22.1億元。

【成功成像！中國(guó)電科11所低成本紅外探測(cè)器駛?cè)肷虡I(yè)航天應(yīng)用“快車(chē)道”】

近日，中國(guó)電科11所研發(fā)的低成本紅外探測(cè)器搭載“星池一號(hào)”第二組A/B星發(fā)射升空，成功開(kāi)機(jī)拍攝紅外影像。

圖：“星池一號(hào)”第二組A/B星紅外成像影像

近年來(lái)，我國(guó)遙感衛(wèi)星尤其是商業(yè)遙感衛(wèi)星步入發(fā)展“快車(chē)道”。遙感好像聽(tīng)起來(lái)很神秘，其實(shí)就是“眼睛”的延長(zhǎng)。把“眼睛”放到太陽(yáng)同步軌道，通過(guò)觀察地面的情況，輔助農(nóng)業(yè)發(fā)展、災(zāi)害治理、城市管理等。這其中，很重要的一雙“眼睛”就是紅外探測(cè)器，它采用焦平面陣列技術(shù)，集成數(shù)萬(wàn)個(gè)乃至數(shù)十萬(wàn)個(gè)信號(hào)放大器，構(gòu)建熱力“視網(wǎng)膜”，把紅外“熱信號(hào)”轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行積分、存儲(chǔ)、放大、輸出，從而取得探測(cè)目標(biāo)“熱量”全景圖。

搶抓商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展機(jī)遇，中國(guó)電科11所加大低成本紅外探測(cè)器技術(shù)創(chuàng)新力度，研發(fā)高性能、低功耗、低噪聲、大動(dòng)態(tài)范圍、輕小型探測(cè)器模組，進(jìn)一步降低成本，形成特有多系列“拳頭”產(chǎn)品，為后續(xù)規(guī)?；瘧?yīng)用于商業(yè)航天遙感探測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【消息稱(chēng) SK 海力士無(wú)錫工廠升級(jí)第四代 DRAM】

1 月 16 日消息，根據(jù)韓媒《首爾經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》報(bào)道，SK 海力士計(jì)劃在 2024 年之前，完成對(duì)無(wú)錫 C2 工廠的改造，轉(zhuǎn)換升級(jí)為第四代（1a）D-ram 工藝，該工藝達(dá)到 10nm 級(jí)別。

無(wú)錫工廠是該公司的核心生產(chǎn)基地，約占 SK hynix D-RAM 總產(chǎn)量的 40%。該廠目前生產(chǎn) 10 納米后期級(jí)別的第二代（1y）和第三代（1z）D-RAM，屬于舊（傳統(tǒng)）產(chǎn)品線。

消息稱(chēng) SK 海力士會(huì)在無(wú)錫工廠完成第四代 D-RAM 的部分工藝，然后把晶圓運(yùn)到韓國(guó)總部利川園區(qū)內(nèi)，使用 EUV 加工之后再返回送到無(wú)錫工廠。

由于第四代產(chǎn)品只有一個(gè) D-RAM 層需要采用 EUV 工藝，該公司顯然認(rèn)為成本增加是值得的。

在 2013 年無(wú)錫工廠大火期間，該公司克服了 D-RAM 生產(chǎn)中斷的困難，因此在這種方法上也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)于無(wú)錫工廠的工藝轉(zhuǎn)型，SK 海力士表示無(wú)法確認(rèn)該公司具體的工廠運(yùn)營(yíng)計(jì)劃。

【一文探秘MEMS陀螺儀工作原理與特性】

陀螺儀，又叫角速度傳感器，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，同時(shí)，利用其他原理制成的角運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置起同樣功能的裝置也稱(chēng)陀螺儀。

陀螺儀的名字由來(lái)

陀螺儀名字的來(lái)源具有悠久的歷史。據(jù)考證，1850年法國(guó)的物理學(xué)家萊昂·傅科（J.Foucault）為了研究地球自轉(zhuǎn)，首先發(fā)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)中地的轉(zhuǎn)子（rotor），由于它具有慣性，它的旋轉(zhuǎn)軸永遠(yuǎn)指向一固定方向，因此傅科用希臘字 gyro（旋轉(zhuǎn)）和skopein（看）兩字合為“gyro scopei ”一字來(lái)命名該儀器儀表。

最早的陀螺儀的簡(jiǎn)易制作方式如下：即將一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到一個(gè)萬(wàn)向支架上，靠陀螺的方向來(lái)計(jì)算角速度，簡(jiǎn)易圖如下圖所示。

其中，中間金色的轉(zhuǎn)子即為陀螺，它因?yàn)閼T性作用是不會(huì)受到影響的，周邊的三個(gè)“鋼圈”則會(huì)因?yàn)樵O(shè)備的改變姿態(tài)而跟著改變，通過(guò)這樣來(lái)檢測(cè)設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)，而這三個(gè)“鋼圈”所在的軸，也就是三軸陀螺儀里面的“三軸”，即X軸、y軸、Z軸，三個(gè)軸圍成的立體空間聯(lián)合檢測(cè)各種動(dòng)作，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)。因此一開(kāi)始，陀螺儀的最主要的作用在于可以測(cè)量角速度。

陀螺儀的基本組成

當(dāng)前，從力學(xué)的觀點(diǎn)近似的分析陀螺的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把它看成是一個(gè)剛體，剛體上有一個(gè)萬(wàn)向支點(diǎn)，而陀螺可以繞著這個(gè)支點(diǎn)作三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以陀螺的運(yùn)動(dòng)是屬于剛體繞一個(gè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，更確切地說(shuō)，一個(gè)繞對(duì)稱(chēng)軸高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自轉(zhuǎn)軸有角轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。

陀螺儀的基本部件有:陀螺轉(zhuǎn)子（常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等拖動(dòng)方法來(lái)使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，并見(jiàn)其轉(zhuǎn)速近似為常值）；內(nèi)、外框架（或稱(chēng)內(nèi)、外環(huán)，它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的結(jié)構(gòu)）；附件（是指力矩馬達(dá)、信號(hào)傳感器等）。

陀螺儀的工作原理

陀螺儀偵測(cè)的是角速度。其工作原理基于科里奧利力的原理：當(dāng)一個(gè)物體在坐標(biāo)系中直線移動(dòng)時(shí)，假設(shè)坐標(biāo)系做一個(gè)旋轉(zhuǎn)，那么在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，物體會(huì)感受到一個(gè)垂直的力和垂直方向的加速度。

臺(tái)風(fēng)的形成就是基于這個(gè)原理，地球轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大氣轉(zhuǎn)動(dòng)，如果大氣轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到一個(gè)切向力，便容易形成臺(tái)風(fēng)，而北半球和南半球臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是不一樣的。用一個(gè)形象的比喻解釋了科里奧利力的原理。

陀螺儀的兩大動(dòng)力特性

陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器，從第一臺(tái)真正實(shí)用的陀螺儀器問(wèn)世以來(lái)已有大半個(gè)世紀(jì)，直到現(xiàn)在，陀螺儀仍在吸引著人們對(duì)它進(jìn)行研究，這是由于它本身具有的特性所決定的。陀螺儀最主要的基本特性是它的定軸性（inertia or rigidity）和進(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。人們從兒童玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直，這就反映了陀螺的定軸性。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。

定軸性（inertia or rigidity）。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(chēng)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：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大，穩(wěn)定性愈好；轉(zhuǎn)子角速度愈大，穩(wěn)定性愈好。

進(jìn)動(dòng)性（precession）。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。

審核編輯 黃宇