Гироскоп — что это такое, зачем нужен и как работает

Гороскоп является важной частью множества навигационных систем, различных устройств, техники и устанавливается практически на все модели телефонов и планшетов.

Он позволяет измерять перемещение объекта в пространстве, в каком сейчас положении находится устройство — горизонтально или вертикально. Дает множество возможностей в управлении.

Гироскоп - что это такое, зачем нужен и как работает

Из прошлого материала вы узнали, как включить и настроить родительский контроль на Андроид. Сегодня мы подробно рассмотрим, что такое гироскоп простыми и понятными словами, зачем он нужен и, как работает.

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope, гиродатчик) — это устройство, предназначенное для измерения углов ориентации тела / объекта относительно поверхности земли. Он позволяет узнать направление движения объекта, на котором он установлен, угол его наклона / поворота. В каком положении сейчас находится объект, к примеру, смартфон сейчас в горизонтальном, вертикальном или каком-либо другом положении / наклоне.

Сам термин состоит из двух частей — gyreuо (вращаться) и skopeo (смотреть). Впервые использовался в 1 852 году Ж. Фуко в докладе на тему способов экспериментального обнаружения вращения земли в инерциальном пространстве, выступал он с ним в Французской Академии Наук. Сам же прибор был изобретен еще в 1 817 году немецким астроном Иоганном Боненбергером.

Что делает:

  • Определяет перемещение объекта в пространстве
  • Текущий угол наклона
  • Показывает стороны света, прямо как компас
  • Дает данные для расчета скорости движения

Обычный роторный гироскоп представляет собой карданный подвес, внутри которого находится вращающееся колесо, шар или диск, ось вращения которого может принимать абсолютно любую ориентацию. При движении / вращении ориентация этой оси не будет зависеть от наклона или поворота карданного подвеса / крепления в соответствии с сохранением углового момента .

Современные гироскопы, которые устанавливаются на смартфоны и различную компьютерную технику представляют собой обычный чип — гироскоп MEMS.

Где используется:

  • В навигационных системах
  • Смартфонах и планшетах
  • Смарт часы
  • В геймпадах игровых приставок
  • На кораблях, машинах, космических кораблях, летательных аппаратах — вообще транспортных средствах
  • В тренажерах
  • В системах стабилизации камер

Устройство гироскопа

Существует множество разных видов гироскопов: двух и трехстепенные — они отличаются по степеням свободы или возможным осям вращения. Также они разделяются на механические, лазерные и оптические, что определяет их принцип действия.

Сам прибор обычно представляет собой колесо, установленное на двух или трех карданных шарнирах — они обеспечивают поворотные опоры. Это позволяют колесу вращаться вокруг одной оси.

Рассмотрим самый распространенный — механический роторный гироскоп трехстепенный. Состоит из трех карданов, каждый из которых установлен один на другом с ортогональными осями поворота и колесом по центру. Это позволяет колесу, установленному в самом внутреннем кардане иметь ориентацию, независящую от ориентации его опоры. Т.е. как не крути такой прибор — колесо будет всегда в одном положении — крутиться вокруг определенной оси.

Чтобы понять, как все работает, возьмем детскую игрушку Юлу. Когда она крутится, то всегда в одном положении / вокруг определенной оси, если конечно на нее не действуют внешние силы. Плюс, она обладает устойчивостью, так если ее толкнуть, она вернется в то же положение и будет крутиться в том же положении. Момент, когда юла теряет скорость ее ось вращения начинает напоминать конус / меняет свое направление в пространстве — называет прецессией.

Интересно! Роторные устройства не используются, как датчики, их применяют исключительно в целях стабилизации для различных конструкций и механизмов. К примеру, он используется в гироскопическом тренажере.

Оптические гироскопы работают на основании физического эффекта Саньяка. Он подразумевает, что в инерциальной системе отчетов, скорость света является постоянной. Но, если отправить луч в неинерциальной системе, то его скорость будет изменена. Если пустить траекторию луча через место вращения устройства, то будет задержка в достижении им конечной точки. Полученная разница во времени напрямую зависит от величины углового поворота датчика.

Как уже писалось выше, в электронной технике используются гироскопы-MEMS, маленькие чипы, которые благодаря их размеру можно ставить даже на смарт браслеты. Там они используются вместе с акселерометром, чтобы получаемые данные были еще более точными.

Есть ли разница с акселерометром?

По своей сути, гироскоп и акселерометр могут выполнять практически одни и те же вычисления. Но, акселерометр лучше определяет повороты объекта в пространстве и измеряет кажущееся ускорение — для этого он и используется.

Гироскоп лучше определяет перемещение объекта в пространстве, текущий угол наклона, указывает стороны света, как компас, а также дает данные для расчета скорости движения. Гироскоп может делать все то же самое, что и акселерометр, а вот акселерометр уже нет.

Немного истории появления

Люди с давних времен искали способы, чтобы определять направление в пространстве. Изначально ориентирами были большие удаленные объекты — солнце, горы, луна. Затем появились первые приборы, которые основывались на гравитации земли: отвес и уровень. И первый, и второй до сих пор используются в строительстве. В Китай в средние века совершили прорыв изобрели компас, который использовал магнитное поле земли для определения сторон света.

Гироскоп был в первые описан в 1 817 году немецким астрологом Иоанном Боненбергером — эта дата считается официальной датой изобретения устройства. Но, по заверениям математика Пуассона, он изобрел его еще раньше в 1 813 году. Главную часть это прибора составлял массивный, который вращался в кардановом подвесе. В 1 832 году, был придуман гироскоп с вращающимся диском вместо шара.

В 1 852 году Ж. Фуко представил свой доклад о гироскопе, где он использовал его уже в качестве прибора, которые показывал изменение направления. Именно Фуко придумал сам термин — Gyroscope.

В 1 880-х годах гироскоп применили на практике, он использовался для стабилизации курса торпеды инженером Орби. Далее прибор начали устанавливать на самолеты, ракеты, подводные лодки для использования совместно с компасом.

В заключение

Это была основная информация по этой теме. Это действительно важный прибор, которые уже давно используется во всевозможных сферах, а сейчас без него нельзя представить ни один смартфон.

Android и IOS - инструкции, новости и хитрости - ТОП
Рассказать друзьям
Похожие записи
Комментарии - 0:

Оставить комментарий