实验报告
88
数学系07级 姓名：宗艾俐 日期：08.11.15 学号：PB07025015
实验原理用自己的语言总结
实验题目：陀螺仪实验 实验目的：
1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；
2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；
3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系；
4、观察和研究陀螺仪的章动频率与回转频率的关系。 实验原理：
1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度α为：α=d ωR /dt=M/I P (1)
式中ωR 为陀螺仪盘的角速度，I P 为陀螺仪盘的转动惯量。M=F .r 为使陀螺仪盘转动的力矩。由作用和反作用定律，作用力为：
F=m(g-a) (2) 式中g 为重力加速度，a 为轨道加速度（或线加速度） 轨道加速度与角加速度的关系为：
a=2h/t F 2； α=a/r (3) 式中h 为砝码下降的高度，r 如图1所示为转轴的半径，t F 为下落的时间。将(2)(3)
代入(1)可得：h mgr
mr I t P F
2
2222+= (4) 测量多组t F 和h 的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。 2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物W 使陀螺仪AB 轴（X 轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕X 轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量L ：
L =I P .ωR (5)
当在陀螺仪的另一端挂上砝码m （50g ）时就会产生一个附加的力矩M *，这将使原来的角动量发生改变：
dL/dt =M *=m *gr * (6)
由于附加的力矩M *的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量L 变化dL ，由图1可见： dL=Ld ?
图1 陀螺仪进动的矢量图
P
P R P P I gr m dt dL I dt dL L dt d ωω?ω*
*11====P P
R t I gr m t 2*
*41π=这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩M *的作用下将会发生进动。进动的角速度.ωP 为(ωP =2π/t P ，ωR =2π/t R )：
(7)
所以可以得到以下关系式：
(8)
因此1/t R 与t P 是线性关系,由作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。
实验仪器：
①三轴回转仪； ②计数光电门； ③光电门用直流稳压电源（5伏）； ④陀螺仪平衡物； ⑤数字秒表（1/100秒）； ⑥底座（2个）； ⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）； ⑨卷尺或直尺。 实验内容：
1根据实验装置图一组装好陀螺仪，用砝码落下的方法来使陀螺仪盘转动，用米尺测出砝码距地面的高度h ，并用秒表记下砝码落下 所用的时间t f ；重复实验五次，并将每次所得数据记录下来。
2根据实验装置图二组装好陀螺仪，移动平衡物w 使陀螺仪的AB 轴（x 轴）平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕x 轴转动，并且尽可能的提高转速，用光电门测出自转周期T R ；然后在陀螺仪的另一端挂上砝码m （30g ），此时陀螺仪在附加力矩的作用下，将会发生进动，用秒表测出此时的进动周期T P ；重复实验五次，并将每组实验数据记录下来。 数据处理: 1、已知参数：
轴半径r=22.5mm ， 半径R=122.5mm ， 厚度d=28mm ， 密度， 进
动半径=270mm ， 合肥的重力加速度g=9.795. m=60g m*=30g
由以上参数可得陀螺仪的质量
m =·（
-）d
=0.9
=1.147356 kg
距地高度h/（cm ） 90.0 80.0 70.0
60.0 50.0 40.0 下落时间T F /（s ） 7.02 6.63
6.16 5.76 4.99 4.52
设陀螺仪盘角加速度为，/R 角速度, I P 为转动惯量,M=F ·r 为陀螺仪盘转
动的力矩，则有=……………………………………①
根据作用和反作用律可知F=m（g-a）………………………………②
其中g为合肥的重力加速度，a为轨道加速度；
又落体法时陀螺仪与砝码具有相同的轨道加速度，故a=………③
h为砝码下降的高度，为下落的时间；
又知轨道加速度和角加速度的关系为=，将此式连同②③代入①式可得
=·h ………………………………④
可以发现与h呈线性关系，以h为横轴，为纵轴，描出以下各点，
h/m 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40
49.28 43.96 37.95 33.18 24.90 20.43
/s2
随h的变化曲线
P
P R P P I gr m dt
dL I dt dL L dt d ωω?ω*
*11====P P
R t I gr m t 2*
*41π=Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -3.34429 1.41168 B 58.91429 2.10052
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.99747 0.87871 6 <0.0001
------------------------------------------------------------ 由此可知直线斜率k=58.91
由 k =
可得 I P =（mgkr 2-2mr 2）代入数据即
I P =（0.06*9.795*58.91*0.02252-2*0.06*0.02252）=8.73*
kg/m 2
3、进动法测转动惯量: 自转周期T R /s 0.311 0.289 0.398 0.355 0.325 0.31 进动周期T P /s 16.3 18.11 14.33 14.79 15.64 16.44 P R 在其另一端挂上砝码m （30g ）后,产生的附加力矩会使角动量发生改变 dL/dt =M *=m *gr * 由图1可见： dL=Ld ? ……………………⑥
这时陀螺仪发生进动,进动的角速度.ωP 为(ωP =2π/t P ，ωR =2π/t R )：
所以可以得到以下关系式： 可见1/t R 与t P 是线性关系。
根据实验中测得的自转周期，可得如下数据：
图1 陀螺仪进动的矢量图
1/
/s -1
3.215
3.460 2.513 2.817 3.078 3.226
进动周期T P /s 16.3
18.11 14.33 14.79 15.64 16.44
以1/
为y 轴，T p 为x 轴，描出各点并拟合直线如下图
Linear Regression for Data1_D: Y = A + B * X
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -0.73602 0.62728 B 0.23769 0.03925
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.94956 0.11835 6 0.00375
------------------------------------------------------------ 由此可知斜率为k=0.238
由 P I gr m k 2*
*4π= 可得
I P =
代入数据得
I P =（0.03*9.795*0.27）/（4*0.238*3.142）=8.45*
kg/m 2
4、观察章动现象
在陀螺仪进动过程中在某时刻给予陀螺仪一个沿转动方向的力就会产生章动
现象，在试验过程中当给予陀螺仪力F后，陀螺仪会在一段时间内产生有规律的运动现象，刚受到推力时陀螺仪会转动加速，但加速一小段时间后会减速到停止运动（在我的试验过程中，我观察到的现象是如此），然后再加速，进行新一轮的循环，在几个循环之后这种现象不能再观测到）。
误差分析：
可以发现落体法对进动法测出的转动惯量的相对误差为
（（8.73-8.45）/8.45）*100％=3.3％，两种方法所测的值不同可能有以下原因: 1.本实验中由于人对重物开始运动和落地时间的判断误差较大而重物在试验过
程中运动时间较短，故误差较大。
2.落体法时有空气阻力，此时砝码不是自由落体，侧地的时间稍长，致使所得
的转动惯量偏小。
3.进动法时用光电门测自转周期时，因周期太小，测量者反应时间引起实验误
差。
4.试验仪器的摩擦较大
思考题：
1、陀螺旋进常伴随有章动，为什么试验过程中我们并没有考虑？
答：陀螺旋进常伴随有章动，但振幅极微小且频率极高的章动，由于轴承摩擦和空气阻尼作用而很快衰减，因此在分析具体问题时常忽略陀螺章动，只考虑陀螺旋进。
2、能否直接计算陀螺仪的转动惯量？
答：能。实验给出了陀螺仪的各项参数，我们可以据此算出陀螺仪盘的质量，根据公式I=mr2可直接算出其转动惯量。
成绩 陀螺仪理论及应用 实验报告 院（系）名称自动化科学与电气工程学院专业名称自动化 学生学号xxxxxxx 学生姓名xxx 指导教师 2015年6月
实验一陀螺仪基本特性试验 一、实验目的 1.用实验的方法观察并验证陀螺仪的基本特性——定轴性，进动性和陀螺力矩效应。 2.学习使用陀螺实验用主要设备——转台。 3.利用线性回归方法进行数据处理。 二、实验设备 1.TZS-74陀螺仪表综合试验转台。 2.双自由度陀螺仪。 3.砝码。 4.实验用电源：交流220V，50~（转台用）36V，400~三相电源。 三、实验内容和步骤 （一）定轴性实验 1.陀螺马达不转时，开动转台，观察陀螺仪是否有定轴性。 2.接通电源，几下陀螺转子的转速方向，开动转台观察转子转动时陀螺仪的定轴性。 （二）进动性实验 1.外加力矩，观察进动现象。根据进动规律判断角动量H的方向，并和上面记下的 转速方向做一比较。 2.测量进动角速度和外加力矩的关系： （1）在加力杆的前后标尺上分别加不同重量的砝码，记录进动的角度与实践，列 表并计算出对应于每一外加力矩的进动角速度值，画出实验曲线。 （2）根据进动规律 x M H ω= （H J =Ω）计算出对应于每一外加力矩的进动角速 度，画出理论曲线。 （3）将实验曲线与理论曲线进行比较并说明产生误差的原因。 （4）用线性回归的方法进行数据处理，并通过求回归系数的方法求出角动量H的值。 3.测量进动角速度和角动量的关系 在同一外力矩作用下，测量陀螺马达在额定转速下和断电一分钟后的进动角速度（断电一分钟后马达转速低于额定转速）。根据实验结果说明进动角速度和角动量的关系。 （三）陀螺力矩实验 1.开动转台，使双自由度陀螺仪基座转动，观察有无陀螺力矩效应，并说明原因。
导航原理实验报告 院系： 班级： 学号： 姓名： 成绩： 指导教师签字： 批改日期：年月日 哈尔滨工业大学航天学院 控制科学实验室
实验1 二自由度陀螺仪基本特性验证实验 一、实验目的 1．了解机械陀螺仪的结构特点； 2．对比验证没有通电和通电后的二自由度陀螺仪基本特性表观； 3．深化课堂讲授的有关二自由度陀螺仪基本特性的内容。 二、思考与分析 1． 定轴性 （1） 设陀螺仪的动量矩为H ，作用在陀螺仪上的干扰力矩为M d ，陀螺仪漂移角 速度为ωd ，写出关系式说明动量矩H 越大，陀螺漂移越小，陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高. 答案： d d H M ω=? /sin d d H M θω = 干扰力矩M d 一定时，动量矩H 越大，陀螺仪漂移角速度为ωd 越小，陀螺漂移越小， 陀螺仪的定轴性(即稳定性)越高. （2） 在陀螺仪原理及其机电结构方而简要蜕明如何提高H 的量值? 答案：H J =Ω 由公式2A J dm r = ???可知 提高H 的量值有四种途径： 1. 陀螺转子采用密度大的材料,其质量提高了，转动惯量也就提高了。 2. 改变质量分布特性。在质量相同的情况下，若质量分布的半径距质 心越远，H 越大。因此将陀螺转子的有效质量外移，如动力谐陀螺将转子设计成环状。即在陀螺电机定子环中，可做成质量集中分布在环外边缘的环形结构，切边缘部分材质密度大，可提高转动惯量。 3. 增大r,可有效提高转动惯量。 4. 另外可通过采用外转子电机来改变电机质量分布，增大r 。改变电机定转子结构：采用外转子，内定子结构的转子电机。
4. 增加陀螺转子的旋转速度。 2/602(1)/n s f p ωππ==- ，60(1)/n f s p =- 提高电压周波频率 f ↑——〉n ↑——H ↑ f=400Hz 适当减少极对数 ，如取p=1 适当减少转差率s ，可通过减少转子支承轴承摩擦来实现 2．进动性 (1) 在外框架施加一沿x 轴正方向作用力矩时，画出动量矩H 的进动方 向及矢量M ，ω，H 的关系坐标图。(设定H 沿Z 轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n 。 b) 在内框架施加一沿Y 轴正方向作用力矩时，画出动量矩H 的进动方向及 矢量M ，ω,H 的关系坐标图。(设定H 沿Z 轴正方向)并在坐标中标出陀螺仪自转轴的旋转方向n 。
惯性导航实验报告 ——陀螺运动特性的研究 实验小组：111711班第四小组 学号：11171016-11171020 依次对应学号：王瑞捷廖旭博周林高硕赵大年指导老师：
惯导实验——陀螺特性的研究 一、实验目的 1、通过四个不同的小实验了解陀螺仪的运动特性 2、了解什么是陀螺的进动性 3、了解什么是陀螺的定轴性 4、了解什么是陀螺的陀螺力矩 二、实验内容 1、实验一 将高速旋转的陀螺转子放在插座上，观察并记录现象和分析原因。 2、实验二 将高速旋转的陀螺转子竖放在转盘上，观察并记录现象和分析原因。 3、实验三 将高速旋转的陀螺转子放在倾斜导轨上使之下滑，观察并记录现象和分析原因。 4、实验四 将高速旋转的陀螺系统放在插座上，分开内外轨使之相互垂直，再分别转动内外轨，观察并记录现象和分析原因。 三、实验记录及原理说明 实验一 1、看到的现象，体现了什么特性？ 现象:可以看见陀螺转子呈锥形左右缓慢转动。 特性:体现了陀螺的进动性。 2、陀螺转速降低后，观察到的现象及原因？ 现象：当陀螺的转速逐渐减慢时，锥形的角度开始变大，且其进动角速度变大。 原因：由于陀螺受到摩擦力的作用，其转速会逐渐降低，即陀螺的角动量H变小，而外力矩不变。由M=ω×H······M=ω*H*sin 可知,此时陀螺的进动角速度ω会变大，锥形角度也变大。 3、手提陀螺转子的感受及原因分析？ 感受：当我们想把高速旋转的陀螺放到转动插座上时，手明显能感受到陀螺的“力”反作用于我们的手。 原因：这是因为高速旋转的陀螺在受到外力矩的时候，陀螺进动，此时陀螺存在一个反作用力矩（即陀螺力矩），其大小与外力矩相等，方向与之相反，并作用于给陀螺仪施加外力矩的物体上，即我们的手。 实验二 1、转盘与转子的转动方向是否一致？原因？ 答：可以看见陀螺转子与转盘一起转动，方向一致。 原因:转盘与转子转动方向一致表现了高速旋转的陀螺有很好的定轴性。另外，在第一段实验中我们说明了陀螺具有陀螺力矩，本实验中竖直放在转盘上的转子与转盘之间存在微小摩擦力，转盘对转子有一个摩擦力矩，因此转子对转盘有一个大小相等方向相反的陀螺力矩。在这个力矩作用下，转盘随着转子有相同的转动方向。（以上是对书本学习后的想法，网上
三维轨迹仪的实验报告 实验目的：１确定光纤陀螺仪的工作原理； ２熟悉掌握三维轨迹仪实验的操作步骤； ３练习数据处理软件的应用； ４学会绘制三维轨迹图． 实验仪器：光纤陀螺仪，绳子，管道，计算机，数据处理软件，秒表 实验： 一光纤陀螺仪简介 按照最初的定义, 陀螺仪是一个高速旋转的质量。按照牛顿定律, 只要没有外力矩作用于这惯性质量上, 它的角动量矩在惯性空间是恒定的, 因此, 陀螺仪通过自身的惯性能有效地保持初始的姿态,这样在不需要借助外部参照物的情况下均可以测量飞行器的实际角位置和角速率。这种自主式测量角度和角速率就形成了今天的陀螺仪定义的基础。陀螺仪可以如此定义—它是一种这样的装置, 即使采用与角动量守恒定律完全不同的物理原理, 也能自主地测量出相对惯性空间的旋转运动。由于陀螺仪的自动测量和对外界干扰的不敏感性, 不管它是在飞行控制中, 还是在导航中都是极为重要的技术问题.
光纤陀螺仪(FOG)是一种基于Sagnac 效应实现载体相对于惯性空间角速度测量光纤传感器件。最早由美国学者V.Vali 和R.W.Shorthill 于1976 年提出，近几十年来，随着光纤通信技术和光纤传感技术的迅猛发展，光纤陀螺技术得到了快速进步，已成为惯性技术研究领域的主流陀螺，在军事、航海、空间技术和民用等领域都有较高的应用价值。与传统陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有许多优点: 无旋转部件, 耐冲击, 使用寿命长; 结构简单, 重量轻, 外形尺寸小; 消耗功率小; 动态量程大等。因此, 它可以应用于更广阔的领域。 二分类与原理 光纤陀螺仪按照不同的分类标准,有不同的分类结果。按结构可分为单轴和多轴光纤陀螺,光纤陀螺的多轴化正是其发展方向之一。按其回路类型可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类,开环光纤陀螺不带反馈,直接检测光输出,省去许多复杂的光学和电路结构,具有 结构简单、价格便宜、可靠性高、消耗功率低等优点,缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺的灵敏度,输入-输出线性度差、动态范围小,主要用作角度传感器。闭环光纤陀螺包含闭环环节,大大降低光源漂移的影响,扩大了光纤陀螺的动态范围,对光源强度变化和元件增益变化不敏感,陀螺漂移非常小,输出线性度和稳定性只与相位变换器有关,主要应用于中等精度的惯导系统,对光纤陀螺的小型化和稳定性有重要作用,是高精度光纤陀螺研究的主要趋势。 根据陀螺仪的使用情况, 以各种不同的精度要求给陀螺仪装置定等级(陀螺仪的精度可以通过陀螺仪轴相对于初始方向的漂移误差
《汽车平顺性和操作稳定性》实验报告 学院（系）汽车学院 专业车辆工程（汽车） 学生姓名同小车学号 000001 同济大学汽车学院实验室 2014年11月 1.转向轻便性实验
实验目的 驾驶员通过操纵方向盘来控制汽车的行驶方向，操纵方向盘过重，会增加驾驶员的劳动强度，驾驶员容易疲劳；操纵方向盘过轻，驾驶员会失去路感，难以控制汽车的形式方向。操纵方向盘的轻重，是评价汽车操纵稳定性的基本条件之一。转向轻便性实验的目的在于通过测量驾驶员操纵方向盘力的大小，与其他实验仪器评价汽车操纵稳定性的好处。 实验仪器设备 实验条件 试验车：依维柯 实验场地与环境 于圆形试车场，实验时按照桩桶圈出的双扭线，以10Km/h的车速行驶。双扭线的极坐标方程见下，形状如下图 实验当天天气晴好，无风，气温20度 在ψ=0时，双扭线顶点处的曲率半径最小，相应数值为Rmin=1/3d，双扭线的最小曲率半径应按照实验汽车的最小转弯半径乘以1,1倍，并圆整到比此乘积大的一个整数来确定。 试验中记录转向盘转交及转向盘转矩，并按双扭线路经过每一周整理出转向盘转矩转向盘转矩曲线。通常以转向盘最大转矩，转向盘最大作用力以及转向盘作用功等来评价转向轻便性。 转向轻便型实验数据记录
方向盘转角-转矩曲线 2. 蛇形试验 实验目的 本项试验是包括车辆-驾驶员-环境在内的闭路试验的一种，用来综合评价汽车行驶的稳定性及乘坐的舒适性，与其他操纵试验项目一起，共同评价汽车的操纵稳定性。也可以用来考核汽车在接近侧滑或侧翻工况下的操纵性能，在若干汽车操纵稳定性对比试验时，作为主观评价的一种感性试验。 实验原理 将试验车辆以不同车速行驶于规定的蛇形试验中，通过实验仪器可以得到行驶时的车速，方向盘转角，横摆角速度，车身侧倾角。 试验方法遵照GB/T 6323.1-94汽车操纵稳定性试验方法 蛇形试验
《导航技术基础》实验报告 学号： 姓名： 南京理工大学自动化学院
目录 实验一全球定位系统（GPS）实验 (2) 实验二陀螺仪原理实验 (4) 实验三 HMR3300传感器实验........................... (7) 实验四C100航向传感器实验... ... ... . (9)
实验一全球定位系统（GPS）实验 一. 实验目的 1、熟悉GPS的结构和工作原理； 2、熟悉GPS信号串口传输技术； 3、掌握GRMIN公司GPS25LP OEM板实验系统。 二. 设备清单 (1) GPS25LP OEM板1套 (2) 开关电源 1个 (3) 五金工具 1套 (4) 万用表 1只 (5) 《GRMIN公司GPS25LP OEM板技术资料》 1本 *上课期间，实验设备由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔偿。 三、课堂要求 (1) 课前认真预习，精心准备； (2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件； (3) 不同小组的器件不要混用； (4) 课后整理桌面； (5) 不在课堂做任何与学习无关的事； (6) 课后认真填写实验报告。 四、注意事项 (1) 轻拿轻放加GPS实验系统，防止摔落地面； (2) 避免直接接触GPS实验系统电路板； (3) 禁止带电插拔； (4) 常见问题的处理，参见技术手册。 五、实验内容与步骤 1、GPS实验系统电路连接 (1) 将GPS天线接入电路板；
(2) 检查电路连接是否正确； (3) 将GPS天线放至窗外； (4) 接通外接开关电源； (5) 记录所在位置的经纬度、高度、星数。 六、实验报告内容 1、记录从GPS接收到数据 2、数据分析 当前时间：3时23分40秒 实验室经度：11851.4462E 实验室纬度：3201.6107N 卫星编号：12 21 31 卫星数量：3 其他信息： GPS状态：正在估算；水平精确度：4.2；海拔高度：87.3米；大地水准面高度：2.3；GPGGA校验和是43； 定位模式：手动自动2D/3D；定位类型：2D定位；HDOP水平精度因子：4.2；VDOP垂直精度因子：4.2；
步态分析方案设计 报告说明：我看了五篇关于步态分析的文献，并对其具体实验方法进行归纳。五篇文献的原文在文件夹中。最后为我的方案设计。 一、A practical gait analysis system using gyroscopes陀螺仪分析步态 本研究是为了调查使用单轴陀螺仪来研制简单便携步态分析系统的可行性。陀螺仪绑在小腿和大腿的皮肤表面，记录小腿和大腿角速度。这两部分的倾斜度和膝关节角度都来自角速度。使用从运动分析系统得到的信号来评估角速度和陀螺仪传来的信号，发现这些信号有不错的相关性。当转身时，腿部倾斜度和角度信号会发生漂移，有两种方法来解决这个问题：（1）自动复位系统，重新初始化每个步态周期的角度；（2）高通滤波。两种方法都能很好的纠正漂移。小腿部的单陀螺仪可以提供以下信息：腿部倾斜度、摆动频率、步数以及步幅和步速的估计。 具体方法： 受试者在步态实验室沿直线行走进行陀螺仪数据收集，陀螺仪用绳子固定在大腿和小腿部，感测轴沿中间-横向方向，以测量矢状平面中的角度。 两个人加入测试，一个是不完整的脊髓损伤，一个没有损伤。一运动分析系统使用各部分解剖学位置的回射标记物来评估腿部的偏移、腿部的角速度和膝角度。实验开始前5s，受试者直立站立以初始化倾斜角度和陀螺仪的偏置，随后，对象以一个自己喜欢的速度沿预定路径行走。进行了三组实验来分析陀螺仪的性能，并计算步幅、步态周期时间和每次行走期间的速度。第一个实验，数据来自两小腿上陀螺仪的信号，并与未损伤者进行比较。后两个实验是陀螺仪的数据与运动分析系统进行比较。第一个实验是比较小腿不同位置的陀螺仪信号，对于同一小腿上的两个点，先站立后倾斜，两个点的角速度、角度应该是相同的，陀螺仪一个放在胫骨关节处，一个放在胫骨靠近踝关节10cm处。第二个实验一个放置在大腿髌骨上方10cm处，一个在胫骨靠近踝关节10cm处，记录的是陀螺仪的角速度。第三个实验，陀螺仪放置于第二个相同，受试者直行4.5m然后转身180°。 二、Acoustic Gaits: Gait Analysis With Footstep Sounds 声步态 我们描述的是声步态——从人正常行走时的脚步声推导人的自然步态特征。我们引入了步态轮廓，这是从通过麦克风收集的脚步声时间信号得到的，可以说明某些时空步态参数，这些参数是通过对声步态轮廓的三个时间信号分析方法提取，三个时间信号分别是平方能量估计、希尔伯特变量和Teager–Kaiser能量。通过对这些参数估计的统计学分析，我们发现从步态轮廓获得的时空参数和步态特征可以连续可靠地评估目前用于标准化步态评估的临床和生物测定步态参数信息。我们的结论是Teager–Kaiser能量可以在不同时间、地点提供最稳定的步态参数估计。相对于目前实验室步态分析中使用的昂贵侵入式系统，如测力台、压力垫、可穿戴传感器，声步态使用便宜的麦克风和计算设备制成了准确非侵入式的步态分析系统，而且实验室的一些系统会改变正在测量的步态参数。
实验报告 88 数学系07级 姓名：宗艾俐 日期：08.11.15 学号：PB07025015 实验原理用自己的语言总结 实验题目：陀螺仪实验 实验目的： 1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量； 2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量； 3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系； 4、观察和研究陀螺仪的章动频率与回转频率的关系。 实验原理： 1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度α为：α=d ωR /dt=M/I P (1) 式中ωR 为陀螺仪盘的角速度，I P 为陀螺仪盘的转动惯量。M=F .r 为使陀螺仪盘转动的力矩。由作用和反作用定律，作用力为： F=m(g-a) (2) 式中g 为重力加速度，a 为轨道加速度（或线加速度） 轨道加速度与角加速度的关系为： a=2h/t F 2； α=a/r (3) 式中h 为砝码下降的高度，r 如图1所示为转轴的半径，t F 为下落的时间。将(2)(3) 代入(1)可得：h mgr mr I t P F 2 2222+= (4) 测量多组t F 和h 的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。 2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物W 使陀螺仪AB 轴（X 轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕X 轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量L ： L =I P .ωR (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m （50g ）时就会产生一个附加的力矩M *，这将使原来的角动量发生改变： dL/dt =M *=m *gr * (6) 由于附加的力矩M *的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量L 变化dL ，由图1可见： dL=Ld ? 图1 陀螺仪进动的矢量图
基于运动规划的惯性导航系统动态实验 二零一三年六月十日
实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验 一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。
图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图 如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 1、操作步骤 1）检查电机驱动电源（24V） 2）检查USB_PCL6045B 控制板与上位机及电机驱动器间的连接电缆 3）启动USB_PCL6045B 控制板评估测试系统检查系统是否正常工作。 4）运行编写的定长运动程序，并比较实际位移与设定位移。 5）修改程序设定不同运动长度，并重复执行步骤4）。 6）对记录实验数据，并进行误差分析。 2、实验数据处理
惯性导航技术综合实验 学号： 姓名： 仪器科学与光电工程学院 2016 年 5 月 1.1 陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、实验目的
通过在速率转台上的测试实验，增强动手能力和对惯性测试设备的感性认识；通过对陀螺仪测试数据的分析，对陀螺漂移等参数的物理意义有清晰的认识，同时为在实际工程中应用陀螺仪和对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、实验内容 利用单轴速率转台，进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验和陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、实验仪器 单轴速率转台、MEMS陀螺仪（或光纤陀螺仪）、稳压电源、数据采集系统与分析系统。 四、实验步骤 1. 测试前工作 a．把陀螺仪安装到转台上，使其敏感轴垂直于工作台面； b．连接陀螺仪的各信号线和电源线； c．测试陀螺仪电缆是否正常连接； d．检查陀螺仪5V电源是否正常； e．启动数据采集与测试系统，并检查是否正常，正常后关闭。 2. 标度因数和零偏测试实验 a. 接通电源，预热一定时间； b. 陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据； c.转台正转，测试陀螺仪输出，停转；转台反转，测试陀螺仪输出，停转。在正转和反转时测试陀螺仪输出量，并分别保存数据； d.改变转台输入角速率重复步骤c，正负角速率的速率档分别不少于5 个（按军标要求是11个）； e.转速结束后，当转台静止时，采集陀螺仪输出数据，并保存； f. 计算陀螺标度因数和零偏。 3. 零漂测试（零偏稳定性） 在静止下采集陀螺仪数据，并由测试数计算陀螺仪零偏稳定性。军标中通常的测试时间是1 小时，并对所采集的数据进行1 秒、10 秒及100秒等不同时间的平滑。本实验中可采集数据10 分钟左右，并分别进行1 秒、10 秒及100 秒平滑。计算陀螺仪零偏稳定性，并进行比较。 4. 零偏重复性测试 a. 令转台某角速度下进行正转，转速平稳后，采集陀螺输出数据，并保存； b. 令转台某角速度下进行反转，转速平稳后，采集陀螺输出数据，并保存； c. 按计算陀螺零偏； d. 关掉陀螺电源，并重新启动，重复步骤a、b； e. 重复步骤d 进行3-5 次，共得到陀螺零偏5-7 个； f. 对5-7个陀螺零偏求均方差，得零偏重复性指标。 五、实验数据处理 1. 标度因数和零偏测试结果 实验中分别测量并记录了在转台输入角速率为50、100、150、200、250°/s正反转，以及静止条件下的陀螺输出值，数据在“1.1”文件夹中，然后对数据进行处理，得到各输入
《导航技术基础》 《导航技术基础》 实验报告 学号：11102003-- 姓名：刘--------- 南京理工大学自动化学院
目录 实验一全球定位系统（GPS）实验 (2) 实验二陀螺仪原理实验 (4) 实验三电子罗盘H3300原理实验 (7) 实验四C100单轴罗盘实验 (9)
实验一全球定位系统（GPS）实验 一. 实验目的 1、熟悉GPS的结构和工作原理； 2、熟悉GPS信号串口传输技术； 3、掌握GRMIN公司GPS25LP OEM板实验系统。 二. 设备清单 (1) GPS25LP OEM板1套 (2) 开关电源 1个 (3) 五金工具 1套 (4) 万用表 1只 (5) 《GRMIN公司GPS25LP OEM板技术资料》 1本 *上课期间，实验设备由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔偿。 三、课堂要求 (1) 课前认真预习，精心准备； (2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件； (3) 不同小组的器件不要混用； (4) 课后整理桌面； (5) 不在课堂做任何与学习无关的事； (6) 课后认真填写实验报告。 四、注意事项 (1) 轻拿轻放加GPS实验系统，防止摔落地面； (2) 避免直接接触GPS实验系统电路板； (3) 禁止带电插拔； (4) 常见问题的处理，参见技术手册。 五、实验内容与步骤 1、GPS实验系统电路连接 (1) 将GPS天线接入电路板；
(2) 检查电路连接是否正确； (3) 将GPS天线放至窗外； (4) 接通外接开关电源； (5) 记录所在位置的经纬度、高度、星数。 六、实验报告内容 1、记录从GPS接收到数据 2、数据分析 当前时间：2014/04/09 07:59:10 当前位置：东经 118度51.4803分，北纬 32度1.6766分GPS状态：单点定位 使用卫星数量：04 水平精度因子：1.3 天线离海平面高度：107.9M 大地水准面高度：2.3M PDOP综合位置精度因子：2.7 HDOP水平精度因子：1.3 VDOP垂直精度因子：1.2
university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people’s republic of china 陀螺仪实验实验报告 李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号 2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验） 实验目的 1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量； 2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量； 3、观察和研究陀螺 仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。 实验仪器 ①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤ 数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺 或直尺。 实验原理 1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度? 为：?=d?r/dt=m/ip (1) 式中?r为陀螺仪盘的角速度，ip为陀螺 仪盘的转动惯量。m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。由作用和反作用定律，作用力为： f=m(g-a) (2) 式中g为重力加速度，a为轨道加速度（或线 加速度）轨道加速度与角加速度的关系为： a=2h/tf2； ?=a/r (3) 式中h为砝码下降的高度，r如图1所示为转轴的半径，tf为下落的时间。将(2)(3)代 入(1) 2ip?2mr2 t?h2 mgr可得： (4) 2 f 测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。 2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物w使陀螺仪ab轴（x轴）在水平位置平衡， 用拉线的方法使陀螺仪盘绕x轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量l： l=ip.?r (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m（50g）时就会产生一个附加的力矩m*，这将使原来的角 动量发生改变： dl/dt=m*=m*gr* (6) 由于附加的力矩m*的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量l变化dl，由图1 可见： dl=ld? 这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩m*的作用下将会发生进动。进动的角速度.?p为 (?p=2?/tp，?r=2?/tr)： d?1dl1dlm*gr* ?p???? dtldtip?rdtip?p(7) 所以可以得到以下关系式： ** 1mgr ?tp 2
《导航技术基础》 实验报告 学号：1010200219 姓名：赵玲 南京理工大学自动化学院
目录 实验一全球定位系统（GPS）实验 (2) 实验二陀螺仪原理实验 (4) 实验三电子罗盘H3300原理实验 (7) 实验四C100单轴罗盘实验... ... ... . (9)
实验一全球定位系统（GPS）实验 一. 实验目的 1、熟悉GPS的结构和工作原理； 2、熟悉GPS信号串口传输技术； 3、掌握GRMIN公司GPS25LP OEM板实验系统。 二. 设备清单 (1) GPS25LP OEM板1套 (2) 开关电源 1个 (3) 五金工具 1套 (4) 万用表 1只 (5) 《GRMIN公司GPS25LP OEM板技术资料》 1本 *上课期间，实验设备由组长保管，上课期间遗失或损坏的器件须按原价赔偿。 三、课堂要求 (1) 课前认真预习，精心准备； (2) 在不损坏器件或愿意赔偿的情况下自由使用器件； (3) 不同小组的器件不要混用； (4) 课后整理桌面； (5) 不在课堂做任何与学习无关的事； (6) 课后认真填写实验报告。 四、注意事项 (1) 轻拿轻放加GPS实验系统，防止摔落地面； (2) 避免直接接触GPS实验系统电路板； (3) 禁止带电插拔； (4) 常见问题的处理，参见技术手册。 五、实验内容与步骤 1、GPS实验系统电路连接 (1) 将GPS天线接入电路板；
(2) 检查电路连接是否正确； (3) 将GPS天线放至窗外； (4) 接通外接开关电源； (5) 记录所在位置的经纬度、高度、星数。 六、实验报告内容 1、记录从GPS接收到数据 2、数据分析 当前时间：03时20分02秒 实验室经度：东经118度51.2497分 实验室纬度：北半球32度01.6601分 卫星编号：06 22 31 卫星数量：3 其他信息：定位质量指标有效水平精确度2.8 天线高程41.8米大地椭球面相对海平面的高度2.3米总和校验数46 总的GSV语句电文数3 可视卫星总数10 七、思考题 根据GPS的工作原理和特性，分析如何利用两个或多个GPS系统协同工作提高测量精度。 答：在GPS测量过程中，带有多种误差，如传播延迟误差和接收机固有误差，为
数字闭环全保偏干涉型光纤陀螺 一． 实验目的 刚体的定轴转动是大学物理中的重要教学内容。学生学习了这部分内容之后，都知道陀螺仪由于其定向作用而用于飞机导航系统。但学生往往以为现代飞行器上的陀螺仪都是这种传统的机械陀螺仪。实际上，光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。光纤陀螺演示可以使学生开阔眼界，提高综合运用知识的能力。 二．实验原理 光纤陀螺仪都是根据萨格纳克效应研制的。光在萨格纳克效应中产生的光程差与旋转角速度成正比，从而可通过光的干涉结果推算角速度。图1为萨格纳克效应示意图。设光纤线圈半径为R ，光源和探测器均置于A 处。图1（a ）中，装置相对惯性空间处于静止状态，从A 点发出的两束光沿顺时针（CW ）、逆时针（CCW ）两个方向，经2πR 回到A 点，两束光的光程差为零。图1（b ）中，装置相对惯性空间以角速度Ω沿顺时针转动，当从A 点发出的两束光沿顺时针（CW ）、逆时针（CCW ）两个方向传播时，A 点也沿顺时针移动。因而当A 点移到A’点，探测器探测到的两束光的光程差不再为零，顺时针传播的光是从后面追上A 点的，其经过的路程大于2πR ，逆时针传播的光是迎向A 点的，其经过的路程小于2πR 。两束光产生一非互易光程差。 若光在真空中传播，设顺时针、逆时针两束光光程分别为L CW 、 L CCW ，所需时间分别为 t CW 、t CCW ，c c c ccw cw ==为真空中的光速，则[1]： ccw ccw ccw ccw cw cw cw cw t c t R R L t c t R R L =-==+=ΩπΩπ22 (1) 解得时间差为 2 2 422) (22c A c R R c c c c R R t t t ccw cw ccw cw ccw cw Ω ΩπΩπ?==?--=-= (2) 上式中，A 为圆形光路所围的面积。 必须说明，以上推导仅仅是一种简单化的推导，是低速运动的近似。严格的推导应该用到广义相对论，因为光是在旋转参考系中传播。 对于光纤陀螺仪，光在介质中传播，其传播速率与介质的折射率有关， 也与介质的切线 图1为萨格纳克效应示意图
力学部分 1. 滚摆 一、演示目的 1. 通过滚摆的滚动演示机械能守恒； 2. 演示滚摆的平动、转动动能之和与重力势能之间的转换。 二、原理 重力作用下滚摆的运动是质心的平动与绕质心的转动的叠加，其动力学过程的计算可用质心运动定理和质心角动量定理。滚摆的受力如图1所示，其动力学 方程组如下： 解得 滚摆从静止开始下落，下落高度为h. 质心平动动能为： 绕质心转动动能为： 总动能为：
由此可知，重力势能变成了质心的平动动能与绕质心的转动动能，总机械能守恒。 三、装置 滚摆 四、现象演示 1 调节悬线，使滚摆轴保持水平，然后转动滚摆的轴，使悬线均匀绕在轴上（绕线不能重叠）。当滚摆到达一定高度，使轮在挂线悬点的正下方，放手使其平稳下落。 2 在重力作用下，重力势能转化为轮的转动动能。轮下降到最低点时，轮的转速最大，转动动能最大；然后又反向卷绕挂绳，转动动能转化为重力势能，轮的转速减小，位置升高。如此可多次重复直至停止。 五、讨论与思考： 1 分析滚摆下落速度(平动)与位置高度的关系； 2 分析滚摆上下平动的周期与轴径的关系； 3 分析滚摆上下平动的周期与滚摆质量的关系； 4 分析滚摆上下平动的周期与滚摆转动惯量的关系。 2. 茹科夫斯基椅 一、演示目的 定性观察合外力矩为零的条件下，物体系统的角动量守恒。 二、原理 质点系绕定轴转动时，若其所受到的合外力矩为零，则质点系的角动量守恒，L＝Jw＝恒量。因为内力矩不会影响质点系的角动量，若质点系在内力的作用下，
质量分布发生变化，从而使绕定轴转动的转动惯量改变，则它的角速度将发生相应的改变以保持总角动量守恒。本实验的对象是手持哑铃坐在轮椅上的操作者，若哑铃位置改变，则操作者及轮椅系统的转动惯量改变，从而系统角速度随之改变。 三、装置 茹科夫斯基椅 四、现象演示 1 操作者坐在可绕竖直轴自由旋转的椅子上，手握哑铃，两臂平伸。 2 其他人推动转椅使转椅转动起来，然后操作者收缩双臂，可看到操作者和椅的转速显著加大。两臂再度平伸，转速复又减慢。可多次重复，直至停止。 五、讨论与思考： 1 操作者手持哑铃坐在转椅上伸缩手臂，可使转速随之而改变；花样滑冰转体动作随肢体的伸缩也在改变转速，试问这两种情况地面的支持力分别起什么作用？跳水运动员或体操运动员在空中改变形体是否可以使身体停止转动？ 2 在本实验中，坐在转椅上的操作者，哑铃和转椅所构成系统的总动能是否发生变化？ 3. 进动 一、演示目的 演示旋转刚体(车轮)在外力矩作用下的进动。 二、原理 若一个物理矢量的变化率矢量总是垂直于该物理矢量且其大 小保持不变时，则此物理矢量将总是改变方向而不改变大小，也
实验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验加速度计关键参数测试与分析实验 二零一三年五月十二日
实验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、 实验目的 通过在速率转台上的测试实验，增强动手能力和对惯性测试设备的感性认识；通过对陀螺仪测试数据的分析，对陀螺漂移等参数的物理意义有清晰的认识，同时为在实际工程中应用陀螺仪和对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、 实验内容 利用单轴速率转台，进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验和陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、 实验系统组成 单轴速率转台、MEMS 陀螺仪（或光纤陀螺仪）、稳压电源、数据采集系统与分析系统。 四、 实验原理 1. 陀螺仪原理 陀螺仪是角速率传感器，用来测量载体相对惯性空间的角速度，通常输出与角速率对应的电压信号。也有的陀螺输出频率信号（如激光陀螺）和数字信号（把模拟电压数字化）。以电压表示的陀螺输出信号可表示为： ()()0()G G G G G G G U U k k f a k ωωε=+++ (1-1) 式中()G f a 是与比力有关的陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力的影响，本实验不考虑此项误差。因此，式（1-1）简化为 ()()0G G G G G U U k k ωωε=++ (1-2) 由（1-2）式得陀螺输出值所对应的角速度测量值： (0) G G G G U U k ωε-=-测量 (1-3)
对于数字输出的陀螺仪，传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化，直接输出角速度值，即： 0G ωωωε=++测量真值 (1-4) 0ω是是陀螺仪的零偏，物理意义是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对 应的角速度。且 0(0)G G U k ω= (1-5) ω测量精度受陀螺仪标度因数G k 、随机漂移G ε、陀螺输出信号G U 的检测精 度和(0)G U 的影响。通常G k 和(0)G U 表现为有规律性，可通过建模与补偿方法消除，G ε表现为随机特性，可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定G k 和 (0)G U 是实现角速度准确测量的基础。 五、 陀螺仪测试实验步骤 1) 标度因数和零偏测试实验 a. 接通电源，预热一定时间； b. 陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据； c. 转台正转，测试陀螺仪输出，停转；转台反转，测试陀螺仪输出，停转。在正转和反转时测试陀螺仪输出量，并分别保存数据； d. 改变转台输入角速率重复步骤c ，正负角速率的速率档分别不少于5 个（按军标要求是11 个）； e. 转速结束后，当转台静止时，采集陀螺仪输出数据，并保存。 f.根据最小二乘法公式 1 112 2 111 1M M M ij j ij j j j j G M M ij ij j j F F M K M =====Ω-Ω= ? ?Ω-Ω ??? ∑∑∑∑∑ (1-6)
实验 锁相放大器基本使用 1实验目的 通过本实验加深对相关检测原理以及锁相放大器基本组成的认识，掌握锁相放大器的正确使用方法和在检波上的应用。 2 实验原理 2.1 锁相放大器的基本结构 锁相放大器的基本结构如图： 图1 锁相放大器结构图 2.2 锁相放大器信号处理过程 调制过程对信号频谱进行迁移，到0ω处；然后选频放大，放大信号的同时不放大1/f 噪声和低频漂移；相敏检波器(PSD)将频谱迁移到直流(ω=0)；用LPF 滤波。 直流输出 信号输入 参考信号输入 相关器
图2 调制示意图和PSD示意图 锁相放大器基本原理框图如下所示： 参考输入 图3 锁相放大器基本原理框图 其中，各名词释义如下： 信号通道：调制信号交流放大，输入阻抗与输出阻抗匹配； 参考通道：对参考输入放大或衰减，满足PSD的需要；对参考输入进行移相，使不同相移信号的检测结果最佳； 相敏检测：实现频谱迁移，鉴幅鉴相； 低通滤波：保证系统具有较大的SNIR。 3 实验器材 双通道信号发生器、可编程滤波器、锁相放大器、示波器、光纤陀螺 4 实验步骤 4.1微弱信号检测实验 （1）运用双通道信号发生器产生信号和噪声并合成，其中信号为正弦波，频率40kHz，幅度为50mV；噪声为白噪声，幅度为10V。用示波器观察信号，看能否分辨正弦信号。 （2）运用带通、低通滤波器提高该信号的信噪比，并用示波器观察滤波后的信号能否分辨出正弦信号。 （3）运用锁相放大器对微弱正弦信号进行检测，从信号发生器输出与正弦信号同频同相的方波作为锁相放大器的参考信号，从而检测正弦信号的幅度。 4.2 陀螺仪微弱信号检测实验 （1）将光纤陀螺产生微弱信号，即转速信号，作为输入信号。 （2）运用锁相放大器对微弱信号进行检测，从光纤陀螺输出与信号同频同相的方波作为锁相放大器的参考信号，从而检测信号的幅度。观察光纤陀螺仪静止时、以及手动转动光纤陀螺仪时示波器上波形的变化。
《惯性导航原理》第二次大作业 姓名：ff 学号：SY 邮箱：w
一、题目分析 本题已知的信息是陀螺仪和加速度计在各个时刻的采样值，以及初始经纬度、高度、姿态角和速度值。需要求解指北方位捷联系统的运动轨迹和姿态角变化。 在利用方向余弦方法对惯性导航系统进行测算时，刚体空间位置用固连于刚体的动坐标系对固定参考系各轴的九个方向余弦来确定，九个方向余弦角存在六个约束条件，计算比较繁琐，模型也比较复杂。如果在计算过程中引入四元数，则可以通过坐标系的一次转动，实现方向余弦方法中的三次坐标旋转。原理图如下： 从原理图可以清楚的看出，通过捷联姿态矩阵可以将任意姿态的平台坐标系下的比力数据转换到地理坐标系下，然后通过指北方位平台式惯导解算的方法即可以得到任意时刻载体的位置和速度信息。关键在于捷联姿态矩阵的求解。在这里应用四元数知识进行解算。 二、程序流程框图
根据已知信息以及捷联式惯导系统的基本力学编排方程可知基本求解过程如下： 第一步，先根据初始的姿态角确定初始的四元数值，进而可以列写出本体系相对于导航系的方向余弦矩阵，然后将加速度计的测量信息经过余弦阵由导航系变换到本体系中。 第二步，根据变换后的比力信息和初始的经纬度、高度和速度值进行指北方位系统的运动解算，可以求出速度信息、指令角速度信息和位置信息。 第三步，根据第二步中求解出来的指令角速度信息，对其经过余弦矩阵变换到本体系中，陀螺仪测量到的信息和变换后的指令角速度相减得到本体系相对于导航系的角速度在本体系中的分解。 第四步，根据四元数的运动学微分方程求解出下一时刻的四元数，根据四元数和欧拉角之间的关系求解出新的姿态角。接着进行以上两步的运算。 经过以上几步就可以对指北方位捷联惯导系统进行解算，详细流程如下图所示:
网络教育学院 《船模性能实验》实验报告 学习中心： 层次：专升本 专业：船舶与海洋工程 学号： 学生： 完成日期： 2013年2月6日
实验报告一 一、实验名称：船模阻力实验 二、实验目的：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门的实验。（6）附体阻力实验;目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。（8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。 三、实验原理： 1．简述水面船舶模型阻力实验相似准则。 （1）船模与实船保持几何相似。 （2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。 （3）船模与实船傅汝德数相等。 2．分别说出实验中安装激流丝和称重工作的作用。 激流丝是为了使其在金属丝以后的边界层中产生紊流；称重工作是为了准确
称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 1)安装激流丝：用1=Φmm 金属丝缚在船模的19站处使其在金属丝以后的边界 层中产生紊流。2）称重工作：准确称量船模重量和压载重量，以达到按船模缩 尺比要求的实船相应的排水量。 3．船模阻力实验结果换算方法有哪些？ 常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。二因次 方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC 性能委员会推荐的换算方法。 4．简述傅汝德假定的容，并写出傅汝德换算关系式。 傅汝德假定：①假定船体的总阻力可以分为独立的两部分，一为摩擦阻力 f R ，只与雷诺数有关，另一个为粘压阻力pv R 和兴波阻力w R 合并后的剩余阻力r R ， 只与傅汝德数有关，且适用比较定律。 ②假定船体的摩擦阻力等于同速度、同 长度、同湿面积的平板摩擦阻力。因此，可以用平板摩擦阻力公式计算船体的摩 擦阻力，通常称为相当平板摩擦。 傅汝德换算关系： 3) (αρρm s fm tm fs ts R R R R -+= 四、实验容：