[发明专利]基于智能手机陀螺仪传感器测量刚体转动惯量的方法

权利要求书

1.一种基于智能手机陀螺仪传感器测量刚体转动惯量的方法，所述智能手机设有微机电陀螺仪传感器和AndroSensor软件，其特征在于，对转动系统施加一恒力矩，进行两次转动对照实验，实验过程中，所述微机电陀螺仪传感器将所述智能手机的角速度转化为电信号，并由所述AndroSensor软件将手机转动的实时角速度记录并保存：

先将所述智能手机与载物盘固定并空转，测得空载时的转动惯量，然后将待测物体与所述智能手机和载物盘一起固定并旋转，测得整体负载时的转动惯量，两次作差即为待测物体的转动惯量。

2.根据权利要求1所述的基于智能手机陀螺仪传感器测量刚体转动惯量的方法，其特征在于，在上述两次旋转中，每一次旋转拆分为两部分，即在施加恒力矩重物带动下的加速转动和重物落地后载物盘受摩擦阻力作用的减速运动，记空载加速时测得的角加速度为β₁，空载减速的角加速度为β₂，负载加速时的角加速度为β₃，负载减速的角加速度为β₄，根据刚体的定轴转动定律：

M＝Jβ

其中，力矩M是恒定的，由质量为m的砝码和摩擦阻力共同提供，砝码的质量m已知，挂在半径为R的同心轮轴上以施加恒力矩，而由于转动产生的摩擦阻力可以由两次实验抵消，所以只需得到角加速度β即可求出物体的转动惯量J。

3.根据权利要求2所述的基于智能手机陀螺仪传感器测量刚体转动惯量的方法，其特征在于，具体的计算过程为：设砝码的加速度为a，细线上的拉力为T，可以得到

T＝m(g-a) (11)

a＝Rβ₂ (12)

摩擦力矩

-M_μ＝J₁β₁ (13)

将方程(11)(12)(13)代入

TR-M_μ＝J₁β₂ (14)

就可以得到空载的转动惯量

J₁＝mR(g-Rβ₂)β₂-β₁ (15)

同理，负载时总的转动惯量

J₂＝mR(g-Rβ₄)β₄-β₃ (16)

所以，待测物体的转动惯量为：

J＝J₂-J₁ (17)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于智能手机陀螺仪传感器测量刚体转动惯量的方法，其特征在于，测量过程中，将数据导入电脑，利用Matlab软件进行数据处理。