最强陀螺仪

mailcoverbox · 发表于 2013-2-26 23:47

本帖最后由 mailcoverbox 于 2013-2-26 23:47 编辑

上次看到有人发民兵dao dan的陀螺仪，精度很牛。刚才看到个更强的陀螺

这是NASA卫星“引力探测器B”上用的陀螺仪的转子，乒乓球大小，石英基材，表面有超导涂层（铌、铅），整体不圆度小于10nm，约40个原子的直径，可能是人类制造的最接近完美球体的物体。用于探测广义相对论预言的两个现象，测地线效应和参考系拖曳

转子用静电悬浮在超流体的氦当中，真正零摩擦，恒温2K。驱动方式由一股氦气喷入加速旋转，加速到3500rpm需要3个小时，之后就基本上永动了，耗散量极小，除非主动调整。
使用超导量子干涉仪（SQUID）检测转子的运动，指向精度可达0.1毫角秒（指向飞马座HR8703），陀螺的漂移量名义上是零（后来有修正），要探测的量之一是地球的测地线效应（每年6.06角秒），另一个量参考系拖曳只有这个效应的170分之一。此陀螺号称超过任何最好的导航陀螺一百万倍，而这个卫星上装了4个这种陀螺。
虽然激光陀螺已经成为导航的主流，但是要避免任何非相对论效应的干扰，做到极致的陀螺还是机械式的（虽然这个和机械式相同之处也不多了）参考网址：
1、http://einstein.stanford.edu/TECH/technology1.html
2、http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5 ... %E6%B5%8B%E5%99%A8B

zxz0666 · 发表于 2013-2-27 00:40

牛

ldh1395 · 发表于 2013-2-27 06:34

SC胖胖瓜 · 发表于 2013-2-27 07:36

整体不圆度小于10nm，约40个原子的直径。

这个得要超精密加工了。

fastarrow · 发表于 2013-2-27 07:40

不是3500rpm吧？估计少了1000倍

机械人家 · 发表于 2013-2-27 08:25

飞行猪 · 发表于 2013-2-27 08:57

fastarrow 发表于 2013-2-27 07:40
不是3500rpm吧？估计少了1000倍

估计就是3500rpm，应该没有敲错常规机械陀螺仪因为有摩擦和耗散，所以转动惯量必须尽量大，因此，在质量一定的情况下，转速必须很高
这个悬浮在超流体中的陀螺，本身是没有摩擦和损耗的，因此有一定的惯量就可以了，不用那么大的冗余度
加上是吹气做动力，因此想要太高的转速也是吹不到的

上海小葛 · 发表于 2013-2-27 09:19

这么个圆鼓隆咚的球要想用气吹得转起来很难的吧，圆度太高了，趋于平衡了，要它悬浮自转起来是比较困难的，因为没有受力点，反之要它停住也挺麻烦的事。

mailcoverbox · 发表于 2013-2-27 10:54

上海小葛发表于 2013-2-27 09:19
这么个圆鼓隆咚的球要想用气吹得转起来很难的吧，圆度太高了，趋于平衡了，要它悬浮自转起来是比较困难的， ...

Solution: A gas management system was designed specifically for spinning up the GP-B gyroscopes. It uses more than two dozen valves and numerous levels of redundancy to send ultra-pure helium gas into the chamber at 725 sccm (standard cubic centimeters per minute).

Result: The gyroscopes spin up to full speed, greater than 3,500 rpm, in less than three hours.

用了超过24个阀门用于吹超高纯氦气，加速到全速也要不到3个小时角加速度只有约0.034rad/(s^2)，确实很难转起来，不过转起来以后就不用也不能吹了。达到转速以后把氦气转化成超流态，就变成无摩擦的介质了，表面又是超导体，没有涡流损耗，仅有的耗散来自检测和球体内部静电分布细微不均产生的极小偶极矩。

fastarrow · 发表于 2013-2-27 10:57

导电的用旋转磁场无法让其转起来吗？还是超导的，我总觉得用气吹转应该没磁场来的容易吧

听涛 · 发表于 2013-2-27 12:03

不懂不过给儿子当弹子玩不错

飞行猪 · 发表于 2013-2-27 12:15

本帖最后由飞行猪于 2013-2-27 12:20 编辑

这种超高精密的，绝对不能用电、磁力来启动

并且，带磁和带感是需要尽量避免的

为什么呢？

如果要用外部电力或磁力启动，则转子必须要对外界的磁场或电场有较高的响应，而陀螺仪转子这种，恰恰是要屏蔽任何外界干扰的，尽量不对外界环境变化响应的。
如果转子带磁或带感

这样的话，转起来就会切割地磁场、其他任何潜在的磁场、产生同频于转速的涡流，加上又是超导的，所以会很快停下来，同时也会带来热量

也不利于保持低温

搞卫星设计的，思考的问题，比我们能想象的到的还复杂很多倍

所以，不要怀疑他们是傻瓜

HAMMETT · 发表于 2013-2-27 13:24

这玩意技术太高，不敢想。

ylfox · 发表于 2013-2-27 13:26

这个可是超高高高高精密的，杜绝一切可以想到的干扰

杨刚 · 发表于 2013-2-27 13:47

这个我不懂也不想去探究

mailcoverbox · 发表于 2013-2-27 15:39

飞行猪发表于 2013-2-27 12:15
这种超高精密的，绝对不能用电、磁力来启动

并且，带磁和带感是需要尽量避免的

没错转子表面的超导涂层的迈斯纳效应可以排斥掉内部的一切磁力线，使得转子不受外界的磁力产生的力矩影响。事实上四种基本力中，强力弱力可以通过屏蔽材料去除影响，本身也很小，对陀螺能产生角动量影响的主要是电磁力和引力（引力的效果非常小），表面超导，超流体包裹都是为了去掉任何可能的电磁力矩对转子角动量的影响（流体的粘滞力属于电磁力，超流体无黏性），屏蔽了四大力中的三种，精确的测量其中最小的引力所引起的时空的微小变化，这是这个陀螺的最大目的。此项目花费四十余年7.5亿美金，一多半的技术难点都在这个陀螺上，中间催生了很多中间技术，可以看出发展高科技对基础工业的高需求和高回馈。

触觉的爱 · 发表于 2013-2-27 17:44

这东东也只有专业的场合才能用得上。

aijingxingfu · 发表于 2013-2-27 17:45

这是二班的同学远离有毒

yangzhengyu · 发表于 2013-2-27 18:49

换个角度来讲干扰也是一种信号传递倘若这个球体与外界完全隔绝那么即使它感知到了角度的变化如何传递出来呢

herong987 · 发表于 2013-2-27 19:12

长见识了

最强陀螺仪

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