现代陀螺技术的发展及应用分析论文
1 现代陀螺技术
1.1 有悬浮支承的机电转子陀螺技术。
机电转子陀螺是基于经典力学原理制成的陀螺仪。其原理是利用绕对称轴高速旋转的刚体具有稳定性和进动性的特性来实现对角速度和角偏差的测量。
采用悬浮支撑技术的转子陀螺发展至今已十分成熟，目前单轴液浮陀螺精度已达0.001°/h，采用铍材料浮子后可优于0.0005°/h，三浮陀螺的精度优于1.5×10-5°/h，有报道称第四代三浮陀螺的精度甚至可达1.5×10-7°/h。动力调谐陀螺技术体积小、重量轻，是转子陀螺技术上的重大革新，国外产品精度可达0.001°/h。而采用真空静电悬浮技术的静电陀螺，其转子不存在接触摩擦，摩擦干扰力矩几乎趋近于零，是目前公认的精度最高的转子陀螺，典型精度一般在10-4～10-5°/h。
1.2 光学陀螺技术。
1) 激光陀螺技术。激光陀螺是基于萨格纳克(Sagnac)效应制成的陀螺。其原理是通过测量两束光波沿着同一个圆周路径反向而行产生的光程差来实现对角速度测量。1963 年，美国Sperry 公司首次成功研制出环形激光陀螺。1975 年，Honeywell 公司研制出机械抖动偏频激光陀螺，采用激光陀螺技术的捷联惯性导航系统真正进入了实用阶段。20 世纪90 年代末期，Litton 公司又研制出了无机械抖动的四频差动激光陀螺，精度可达0.001°/h。目前Honeywell公司最新型的GG1389 激光陀螺精度已达0.00015°/h。2)光纤陀螺技术。光纤陀螺与激光陀螺原理相同，不同之处是用光纤作为激光回路，可看作是第二代激光陀螺。由于光纤可以绕制，因此光纤陀螺的激光回路长度比环形激光陀螺大大增加，检测灵敏度和分辨率比激光陀螺也提高了几个数量级，有效克服了激光陀螺的闭锁问题。美国Northrop Grumman 公司生产的高精度光纤陀螺是FOG 2500，其动态范围最大值100°/s，标度因数0.01arc sec，标度因数稳定性1ppm，随机游走0.0006°/姨h ，漂移率0.001°/h。2003年9月，Honeywell公司的高性能惯性参考系统中所采用的`光纤陀螺据称是当时能够产品化、性能最好的光纤陀螺，其角度随机游走(ARW)<0.0001°/姨h ，漂移率<0.0003°/h。
1.3 微机械陀螺技术。
20 世纪80 年代后期，由于微米/纳米、微电子机械系统(MEMS)等技术的引入，基于MEMS 工艺的微机械陀螺应运而生。微机械陀螺是基于哥氏效应(coriolis)制成的陀螺。其原理是利用柯氏力进行能量的传递，将谐振器的一种振动模式激励到另一种振动模式，后一种振动模式的振幅与输入角速度的大小成正比，通过测量振幅实现对角速度的测量。
微机械陀螺是采用硅体微机械加工技术中的深反应离子刻蚀技术(DRIE)，用化学蚀刻方法在单晶硅片上制成的超小型测角装置。目前国外制造的硅微机械面振动陀螺经补偿后精度已达到1°～10°/h，允许的环境温度可达到-40～85℃，可承受强加速度冲击，在战术武器等中、低精度领域已有批量应用。从整体来看，微机械陀螺目前还仅处在中低精度范畴，今后精度会越来越高。我国的MEMS 研究始于20 世纪90 年代，目前还处于基础理论研究阶段，由于技术、精度水平的限制，产品的性能和稳定性与国外还有较大差距。
1.4 新型陀螺技术。
随着对陀螺技术研究的不断深入，如量子陀螺、核磁共振陀螺、超流体陀螺、超导陀螺等新型陀螺不断涌现。比较有前景的是量子陀螺。量子陀螺，也称原子陀螺，是目前分辨率最高的陀螺。原子陀螺从测量机理上可分为原子干涉陀螺和原子自旋陀螺。其原理与光学陀螺类似，是利用同源原子束形成原子波干涉，产生类似光学的萨格纳克效应，通过测量其相位差实现对角速度测量。实际上就是利用原子波干涉代替光波干涉。由于原子质量远大于光子的相对质量，闭环区域相同的条件下，原子干涉陀螺对旋转的灵敏度要比光学陀螺提高10 个量级以上。原子自旋陀螺则与转子陀螺类似，是利用原子核或电子自旋的动量矩和磁矩在惯性空间具有定轴性来测量角速度。原子陀螺因其超高的精度潜力，有望成为引领未来陀螺更新换代的主导型战略级陀螺。目前美国已开发出精度达到6×10-5°/h 的原子陀螺，并希望借此研制出5m/h 的超高精度惯性导航系统。
2 陀螺技术应用
2.1 机电转子陀螺。
目前高精度机电式陀螺(包括液浮陀螺和静电陀螺)是高精度市场的主导产品。高精度液浮陀螺主要用于远程导弹、军用飞机、舰船和潜艇导航系统中，中精度液浮陀螺则在平台罗经、导弹、飞船及卫星中得到应用，而更高精度的三浮陀螺则应用于战略武器和航天领域，如美国应用在远程战略导弹制导浮球平台系统中TGG 型三浮陀螺，一直以来就拥有占有不可动摇的地位。静电陀螺目前仍然是高精度惯性导航系统的首选惯性基准器件，在今后10～20 年内的高性能惯性导航系统领域，高精度静电陀螺仍不可被取代。在我国，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系统已相继应用于长征系列运载火箭。
2.2 光学陀螺。
光学陀螺的全固态，没有旋转和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻，信息易数字化等优点，是转子陀螺所无法比拟的，因而光学陀螺已逐步替代了转子陀螺，在中高精度的应用领域中一直占据着主导位置，特别适合捷联式制导系统使用。国外全固态结构、全数字、低功耗的光纤陀螺至今已趋于成熟，覆盖了高、中、低精度范围，在各领域获得普遍应用，成为当今惯性技术领域的主导型陀螺之一。在空间飞行器、舰船等高精度应用领域，光纤陀螺正逐步代替激光陀螺，未来在战略级高精度应用领域也将占有一定的份额，进而逐步取代静电陀螺。
近年来，我国光学陀螺技术进步很快，目前已达到国际先进水平。光纤陀螺、激光陀螺惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。漂移率0.01°～0.02°/h 的新型激光捷联系统被应用于新型战机上;漂移率0.05°/h 以下的光纤陀螺捷联惯导应用于舰艇、潜艇上。
2.3 微机械陀螺。
与光学陀螺一样，微机械陀螺从结构上也没有了高速旋转的转子，除具备光学陀螺的大多数优点外，尺寸更小(微米/纳米级)，功耗更低，价格低廉，应用范围更加广泛。
自20 世纪90 年代以来，微机械陀螺已经在超音速战机、巡航导弹、无人侦察机等军事领域得以运用。随着微米/纳米加工技术的进一步发展，随着尺寸和精度的进一步改善，微机械陀螺将取代光纤陀螺，获得较好的应用前景。低成本、体积小、反应快，动态范围大、能适应恶劣环境的优点，使微机械陀螺将会在汽车制造、数码电子设备、飞机辅助导航、生物、医疗、工业器械等民用领域具有更为广阔的市场，有望占领整个中低端市场。
陀螺技术经过几十年的发展，取得了长足进步，为航天、航空、航海事业及武器装备的发展提供了有力的技术支撑。但受材料、微电子器件、精密及微结构加工工艺等基础工业水平的制约，现代陀螺制造技术的发展跟国际上一些发达国家相比有明显的差距，今后还需在产品的精度、可靠性、环境适应性、产品一致性、参数长期稳定性等方面不断改进，尤其要着力加大对陀螺技术基础理论、应用材料、方法工艺的研究力度，提高惯性仪表水平。
陀螺转速与平衡的关系，陀螺尖磨损的速度，陀螺高度与平衡的关系，怎么研究就没法细说了，太复杂了
《陀螺》是部编版四年级上册的课文，这篇文章是儿童文学作家高洪波的一篇回忆性散文。此文以陀螺为线索，主要叙述了自己的一只其貌不扬的陀螺战胜大陀螺的事情，并从中悟到了一个深刻的道理，作者明白了“人不可貌相，海水不可斗量” 的道理。
根据学情的分析，第二学段的学生的阅读能力已经有一定基础，能够初步自主阅读课文，了解作者回忆中的“陀螺”。但是对于文中的修辞手法、词语以及所要阐述的道理理解不够到位，需要教师在教学中加以辨析。另外第二学段的学生的阅读习惯还存在不足，所以在教学中，应对学生的阅读行为提出明确要求。
根据课文内容的分析，作为一篇回忆性散文，主要描写对象是陀螺（玩具），那么教学的首个重点也是感知陀螺的形状、特点、玩法。
根据题目要求（用前四自然段设计片段教学），因此我将十分钟片段教学的重点设为：通过朗读，初步感知陀螺玩具，了解玩法，体会作者对于陀螺的喜爱。
在整体的设计思路上，一直以“陀螺”线索进行教学，与学生的互动也是用问题互动帮助学生形成对陀螺的感性认知，用问题引导学生逐步深入文本，从最开始的制作材料、结构，再到实际玩法，再到最后一段的作者情感，并分析文中修辞手法。发挥教师引导性，注重指导、引领、点拨。但是教学忽略了对生字、词的讲解，脱离了第二学段的学段目标，存在不足，还缺少能力的训练，没有结合文本训练学生写作能力，没有体现读与写、写与说的结合。
简案
一、教学导入
请同学说一说自己喜爱的玩具（学生回答）那么我们父母的年代并没有如此丰富的物质条件，他们的玩具是什么？同学是不是很想了解，那么今天就一起来学习这篇课文《陀螺》。
二、教授新课
朗读第一二段，了解陀螺的特点
1、请同学一边朗读，一边思考问题陀螺有什么特点？最好用勾画一下字词（一人回答，一人补充）（预设：用木头做，取材广泛；底部有钢钉或者滚珠）
2、请同学看一下插图，陀螺在干嘛？什么使陀螺高速旋转呢？（学生回答：鞭子抽打）
3、一起想象画面，冰天雪地里陀螺在冰面高速旋转，有没有同学用一个词来形容？（学生回答：优美 补充：生动）
4、那作者如何形容陀螺的旋转呢？请同学找一下那个词？（预设：舞蹈）
5、舞蹈这个词是形容人的动作、舞姿，将陀螺的动作比做人的动作，这是什么修辞手法？有什么作用？（预设：拟人，生动表现陀螺的灵动之美）
朗读第三四段，体会作者对陀螺的感情
1、那作为玩具，陀螺有怎样的玩法，请同学们朗读第三段，用一句话概括玩法。（学生自由回答）（预设：让两只陀螺对撞，分出胜负）
2、这样刺激有趣的游戏，同学们想参与么？作者想不想参与？他又为了玩游戏做了哪些事情呢？请同学朗读第四段。
预设（想，为了制作陀螺到处收集木材，还受到了家长的责备，由此体现出作者对于陀螺游戏的热爱）
3、那作者有没有制作出他得心应手的陀螺呢？（没有，心情非常低落）原因是什么？作者用什么手法形容他的失望？（比喻）
三、总结并布置作业
（因为前面耗时过长，没有总结，直接布置作业。）那么作者最终有没有得到自己满意的陀螺呢？这个问题留给同学们回去预习后面几段，明天课上一起来讨论一下，说一说你的看法。看谁预习的最认真，最好。下课！
陀螺以其多变的玩法，依然受到广大朋友的喜欢。陀螺已经不单单是作为玩具这么简单了，它的重要性在于：科学家根据陀螺的力学特性研发了一种科学仪器-陀螺仪，广泛运用于科研、军事技术等领域中。而且陀螺仪的种类也相当多。下面介绍几种常见的陀螺仪。激光陀螺：是一种较为先进的陀螺仪，其原理是利用旋转时环型激光器发出的两道光束之间的频率差来测定角度、方位等。激光陀螺仪被用于舰船、飞机等的 导航和跟踪。光纤陀螺仪:光纤陀螺是继激光陀螺后的新一代陀螺仪，其原理类似于激光陀螺仪，但与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出激光，成本较低。各国都在努力研发光纤陀螺仪。陀螺主要运用于测定角度（倾斜度），速度，方位等。根据其用处不同，陀螺仪又可分为速率陀螺和陀螺测斜仪。速率陀螺仪主要用来测量被测物体转动的速度以此推算出相应的数据，来达到测量的目的。陀螺测斜仪是用来测量钻孔斜度和方位，主要运用于矿区、油田等。◆国语日报字典：儿童玩具，下端有尖针，绕上细绳，急甩出去，在地上旋转。◆新辞典(三民书局)：木制的儿童玩具，形状像弹头，用绳子从尖脚（可用竹、铁制成）绕向上部，再以尖脚向地抛下，快速抽拉绳子，陀螺就会直立旋转。◆辞源（远流出版社）：陀螺者，木制，如小空钟，中实而无柄，绕以鞭之绳，卓于地，急掣其鞭。一掣，陀螺则转，无声也。视其缓而鞭之，转转无复往。转之疾，正如卓立地上，顶光旋旋，影不动也。◆《玩游戏》的注解：任何东西，只要在重心的地方，插上一根棒子，再旋转棒子，来带动整体的旋转，那就是陀螺。◆MSNEncarta Dictionary：a toy that spins around on a rounded or pointed base, traditionally a conical wooden toy that is set spinning by pulling a string wrapped around it. Also called spinning top .(译文:绕成一个圆形或在基准点转动的一种玩具，传统的圆锥形木制玩具藉由拉扯缠绕在它周围的绳子而转动。称作旋转陀螺。)◆牛津辞典(东华书局)：toy that spins and balances on a point, set in motion by hand, or by winding round it a string which is pulled away, and (in some case ) kept in motion by being whipped. (在一个点上保持平衡和旋转的玩具，可使用手转或拉扯卷绕在它周围的绳子使其转动，(在某些情况)可使用鞭打使其转动。)◆以上各种解释，是以传统陀螺为例子所做的注解，若对现今多种多样的陀螺来说则较为狭义。陀螺在全世界许多民族都有类似的旋转玩具，但是经过现代科技的研究改良，已经开发出各种千奇百怪的形式，并赋予各式各样的功能；诸如，制作陀螺的材料已不再局限于木头、磁浮陀螺不需要接触到地面、手捻陀螺并不需要绳子、响陀螺可以发出声音来、战斗陀螺作成扁圆体等，均已超越了传统陀螺定义的范畴。因此认为陀螺广义的解释宜定义为：任何物体只要能以其重心为支点，受力後能保持稳定的自身旋转状态，则可称之为陀螺。
陀螺在旋转的时候，不但围绕本身的轴线转动，而且还围绕一个垂直轴作锥形运动。也就是说，陀螺一面围绕本身的轴线作“自转”，一面围绕垂直轴作“公转”。陀螺围绕自身轴线作“自转”运动速度的快慢，决定着陀螺摆动角的大小。转得越慢，摆动角越大，稳定性越差；转得越快，摆动角越小，因而稳定性也就越好。这和人们骑自行车的道理差不多。其中不同的是，一个是作直线运动，一个是作圆锥形的曲线运动。陀螺高速自转时，在重力偶作用下，不沿力偶方向翻倒，而绕道支点的垂直轴作圆锥运动的现象，就是陀螺原理。
