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图4-13 一个自由度的组合陀螺仪的解剖图。取自原始的报告幻灯片
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这里有一个有点困难的技术问题：给驱使陀螺飞轮转动的马达输送动力，我们必须将电流从仪器的固定部分送入转动着的盒子里面。这意味着导线必须和盒子接触，还有接触实际上必须无摩擦，这是非常困难的。所用的方法是下面这样的：四个精确制造的半圆形弹簧在盒子上和导线连接，如图4-14所示。弹簧是非常好的材料制造，像钟表弹簧的材料，只是非常精细。它们保持平衡，使得盒子准确地处在零位置时不产生转矩；如果盒子微微转动，它们产生很小的转矩——不过，由于弹簧做得如此完美，转矩可以精确知道——我们知道它的正确的方程式——它在反馈器件的线路中得到修正。
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图4-14 在一个自由度的陀螺仪中从套子到漂浮着的常平架的电连接
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盒子和油之间也有很大的摩擦力，在盒子转动时产生绕输出轴的转矩。但是液体油的摩擦定律是十分准确地知道的：转矩精确地正比于盒子转动的速率。所以它能在反馈线路的计算部分被完全校正，对于弹簧也是一样。
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像这类精密器械的主要原则并不是 尽量使每样东西都完美无瑕，而是使每样东西都确定和准确 。
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这种器件就像奇妙的“单马车”[3] ：每样东西都做到当前机械学可能的绝对极限，他们还在努力把它做得更好。但最严重的问题在于：假如陀螺飞轮的轴略微偏离盒子的中心，如图4-15所示，会发生什么情况。这样一来盒子的重心和输出轴不一致，飞轮的重量就要使盒子转动，产生许多不需要的转矩。
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图4-15 在一台一个自由度的陀螺仪中漂浮着不平衡的常平架造成相对于输出轴的不需要的转矩
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为了固定它，你要做的第一件事是钻一个小洞，或者将重物放在盒子里放一些重物使它尽可能平衡。然后你非常仔细地测量存在的剩余偏移，通过这种测量来校准。当你测量了你建造的某一器件并发现你不能将偏移减到零，你可以在反馈线路中使它得到校正。虽然在这个情况中问题在于偏移是不确定的，陀螺仪运行两三个小时后，由于轴承的磨损重心的位置会稍稍移动。
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现在，这种类型的陀螺仪比起10年前制造的改进了100多倍。最好的一种产生的偏移在每小时一度的1/100以下。对于图4-13所示的器件，它的陀螺飞轮的重心偏离盒子中心的运动不会大于百万分之一英寸的1/10！精密的机械常规应用要求达到诸如一亿分之一英寸，这比现在的精密机械常规提高一千倍。确实，这是最重要的问题之一——保证轴承不磨损，这样陀螺飞轮偏离中心向两边的移动不超过20个原子。
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4-7 加速度计
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我们前面讨论的器件可以用来告诉我们哪一方向是上方，或者使某个东西不会绕一个轴转动。如果我们有三台这样的器件沿三个轴安置，装在各种常平架上，如此等等，那么我们就可以使某个物体绝对稳定。当飞机转弯时，飞机内的平台保持水平，它完全不会向左或向右转动，它不会发生任何变化。用这样的方法我们就能保证它恒定指向北方，或东方，或上方或下方，或者任何其他方向。但下一个问题是要知道我们现在在什么地方 ：我们已经走了多远？
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现在，你们知道你们在飞机里面不能进行某种测量来求出飞机飞得多快，所以你肯定不能够测量出它飞出多远 ，但你可以测量它的加速度 是多少。因此，如果我们开始的时候测量出没有加速度，我们就说，“好，我们处在零点位置并且没有加速度。”当我们开始运动时我们一定要加速。当我们加速时就可以把它 测量出来。然后我们用计算机把加速度积分，我们就可以求出飞机的速率，再次积分我们就可以求出飞机的位置。因此，要确定某个物体走了多远的方法是测量加速度再对它积分两次。
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你怎样测量加速度呢？测量加速度的简单器件的略图画在图4-16中。最重要的部件只是一个重物（图中“地震重物”）。还有一个很弱的弹簧（弹性遏阻器）使重物大体上保持在原位，还有一个抑制它振荡的阻尼器，但这些细节都是不重要的。现在假设这整个器件向前加速，沿着箭头所指的方向（敏感轴）。当然，重物就要向后运动，我们利用标尺（指示加速度的标尺）测量它向后运动的距离；我们可以从这求出加速度，积分两次就到距离。很自然，如果我们在重物位置的测量中产生一点误差，这样我们求得的加速度有微小的偏差。经过很长的时间以后，对加速度积分两次，距离偏差就很大 。所以，我们必须把器件做得更好。
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图4-16 简单的加速器略图。取自原始的报告幻灯片
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下一阶段的改进装置简图画在图4-17中，利用我们熟悉的反馈原理：当这个器件作加速运动时，重物移动，这种运动引起信号发生器输出一个正比于位移的电压。下一步的关键不是测量电压，而是通过放大器将电压反馈到一个机件，把重物拉回原位，从而求出需要多大的力得以保持重物不动。换言之，并不是让重物移动并测量它走多远，而我们是测量使它保持平衡所需要的反作用力，然后利用公式F=ma 求出加速度。
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图4-17 带有反馈力的非平衡重物加速度计略图。取自原始的报告幻灯片
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这种器件的一种具体结构的简图表示在图4-18中。图4-19是真实器件结构的解剖图。它十分像图4-11和图4-13中的陀螺仪，只是盒子看上去是空的：只有一个贴在靠近底部一边的重物取代陀螺。整个盒子漂浮着，它完全被液态油支持着并保持平衡（盒子架在极其完美、精密的宝石支枢上），当然，由于地球引力的作用盒子的重物一边停留在下方。
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