[發明專利]基于智能手機陀螺儀傳感器測量剛體轉動慣量的方法

在審

• 申請號: 201810312200.9
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108613773A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 趙昶;黃建成;石峰宇;趙曼
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G01M1/10
• 分類號: G01M1/10
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

1.一種基于智能手機陀螺儀傳感器測量剛體轉動慣量的方法，所述智能手機設有微機電陀螺儀傳感器和AndroSensor軟件，其特征在于，對轉動系統施加一恒力矩，進行兩次轉動對照實驗，實驗過程中，所述微機電陀螺儀傳感器將所述智能手機的角速度轉化為電信號，并由所述AndroSensor軟件將手機轉動的實時角速度記錄并保存：

先將所述智能手機與載物盤固定并空轉，測得空載時的轉動慣量，然后將待測物體與所述智能手機和載物盤一起固定并旋轉，測得整體負載時的轉動慣量，兩次作差即為待測物體的轉動慣量。

2.根據權利要求1所述的基于智能手機陀螺儀傳感器測量剛體轉動慣量的方法，其特征在于，在上述兩次旋轉中，每一次旋轉拆分為兩部分，即在施加恒力矩重物帶動下的加速轉動和重物落地后載物盤受摩擦阻力作用的減速運動，記空載加速時測得的角加速度為β₁，空載減速的角加速度為β₂，負載加速時的角加速度為β₃，負載減速的角加速度為β₄，根據剛體的定軸轉動定律：

M＝Jβ

其中，力矩M是恒定的，由質量為m的砝碼和摩擦阻力共同提供，砝碼的質量m已知，掛在半徑為R的同心輪軸上以施加恒力矩，而由于轉動產生的摩擦阻力可以由兩次實驗抵消，所以只需得到角加速度β即可求出物體的轉動慣量J。

3.根據權利要求2所述的基于智能手機陀螺儀傳感器測量剛體轉動慣量的方法，其特征在于，具體的計算過程為：設砝碼的加速度為a，細線上的拉力為T，可以得到

T＝m(g-a) (11)

a＝Rβ₂ (12)

摩擦力矩

-M_μ＝J₁β₁ (13)

將方程(11)(12)(13)代入

TR-M_μ＝J₁β₂ (14)

就可以得到空載的轉動慣量

J₁＝mR(g-Rβ₂)β₂-β₁ (15)

同理，負載時總的轉動慣量

J₂＝mR(g-Rβ₄)β₄-β₃ (16)

所以，待測物體的轉動慣量為：

J＝J₂-J₁ (17)。

4.根據權利要求1至3任一項所述的基于智能手機陀螺儀傳感器測量剛體轉動慣量的方法，其特征在于，測量過程中，將數據導入電腦，利用Matlab軟件進行數據處理。