Как работает гироскоп: Как работает гироскоп в смартфоне. Гироскоп в телефоне — что это за датчик? Что такое гироскоп

Содержание

Что такое гироскоп на вертолете и зачем он нужен?

Что такое  ГИРОСКОП?

ГИРОСКОП навигационный прибор, основным элементом которого является быстро вращающийся ротор, закрепленный так, что ось его вращения может поворачиваться. Три степени свободы (оси возможного вращения) ротора гироскопа обеспечиваются двумя рамками карданова подвеса. Если на такое устройство не действуют внешние возмущения, то ось собственного вращения ротора сохраняет постоянное направление в пространстве. Если же на него действует момент внешней силы, стремящийся повернуть ось собственного вращения, то она начинает вращаться не вокруг направления момента, а вокруг оси, перпендикулярной ему (прецессия). В хорошо сбалансированном (астатическом) и достаточно быстро вращающемся гироскопе, установленном на высокосовершенных подшипниках с незначительным трением, момент внешних сил практически отсутствует, так что гироскоп долго сохраняет почти неизменной свою ориентацию в пространстве.

Поэтому он может указывать угол поворота основания, на котором закреплен.

Именно так французский физик Ж.Фуко (1819-1868) впервые наглядно продемонстрировал вращение Земли. Если же поворот оси гироскопа ограничить пружиной, то при соответствующей установке его, скажем, на летательном аппарате, выполняющем разворот, гироскоп будет деформировать пружину, пока не уравновесится момент внешней силы. В этом случае сила сжатия или растяжения пружины пропорциональна угловой скорости движения летательного аппарата. Таков принцип действия авиационного указателя поворота и многих других гироскопических приборов. Поскольку трение в подшипниках очень мало, для поддержания вращения ротора гироскопа не требуется много энергии. Для приведения его во вращение и для поддержания вращения обычно бывает достаточно маломощного электродвигателя или струи сжатого воздуха. Применение. Гироскоп чаще всего применяется как чувствительный элемент указывающих гироскопических приборов и как датчик угла поворота или угловой скорости для устройств автоматического управления.

В некоторых случаях, например в гиростабилизаторах, гироскопы используются как генераторы момента силы или энергии.

Основные области применения гироскопов – судоходство, авиация и космонавтика.

 

Вертолеты на радиоуправлении. Какое преимущество даёт гироскоп? 

— Приведу пример. Во время полёта хвост вертолёта может начать заносить в какую-либо сторону (по ряду причин: движение воздуха, непостоянная нагрузка на роторы, и т.д.). Гироскоп регистрирует это отклонение и даёт сигналы винтовым моторам для противодействия ему. Поэтому вертолёт и не раскручивается вокруг своей оси, а держит заданное направление. В новых радиоуправляемых вертолётах используются маленькие пьезоэлектрические датчики размером в пять раз меньше копеечной монетки. Благодаря им, полётом модели легко управлять, он становится сбалансирован.

Вертолет на р/у Syma GYRO S107 с гироскопом

Недорогие вертолёты без гироскопа уже довольно давно появились на рынке. Любители запускать радиоуправляемые модели, а, тем более, профессионалы в этой области, знают, как непросто управлять этими маленькими вертолётиками. В отличие от настоящих вертолётов, свободно парящих в небе, модели заносит, крутит, а мягкая посадка поначалу только снится. Сколько новичков это отвратило от радостей свободного пилотирования! А ребёнок успевал поиграть в эту игрушку всего несколько минут, после чего вертолёт терял управление, врезался в препятствие или падал с большой высоты – и тут же ломался. Понятное дело: слёзы, обида, расстраиваются и родители, и пилот… Вертолёты с гироскопом, благодаря стабильности полёта, позволяют научиться управлять ими без суеты и страха сломать игрушку. Вы полностью контролируете процесс, Ваша модель максимально послушна. К тому же, корпус и нейлоновые лопасти новых GYRO значительно прочнее.

 

Радиоуправляемый вертолет Syma S006G c гироскопом

Вертолет на р/у SYMA GYRO S032 с гироскопом

MEMS-акселерометры и гироскопы — разбираемся в спецификации / Хабр

“Хьюстон, у нас проблемы”, — устало раздалось в мозгу, пытающемся в ночи продраться сквозь Datasheet IMU MPU-9250 от InvenSense.

Когда все слова в отдельности понятны, но взаимосвязь их запутана до невозможности. Началось всё с параметра LSB, про который я только смутно помнила, что в переводе это Least Significant Bit. Дальше пошли “Resolution”, “Sensitivity”, а ещё дальше я поняла, что получающийся текст уже можно озаглавить “Datasheet для чайников”.


Немного об основных блоках инерционного модуля.

MEMS-гироскоп

MPU-9250 состоит из трёх независимых одноосных вибрационных датчиков угловой скорости (MEMS гироскопов), которые реагируют на вращение вокруг X-, Y-, Z- осей. Две подвешенные массы совершают колебания по противоположным осям. С появлением угловой скорости эффект Кориолиса вызывает изменение направления вибрации (

, которое фиксируется емкостным датчиком. Измеряемая дифференциальная емкостная составляющая пропорциональна углу перемещения [Время Электроники]. Получившийся сигнал усиливается, демодулируется и фильтруется, давая в итоге напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения. Данный сигнал оцифровывается с помощью встроенного в плату 16-битного АЦП. Скорость оцифровки (sample rate) может программно варьироваться от 3.9 до 8000 выборок в секунду (samples per second, SPS), а задаваемые пользователем фильтры низких частот (LPF) предоставляют широкий диапазон возможных частот среза. ФНЧ нужен, в том числе, чтобы убирать вибрации от моторов (как правило, выше 20-25 Гц).

Трёхосевой MEMS-акселерометр

Использует для каждой оси отдельную пробную массу, которая смещается при возникновении ускорения вдоль данной оси (фиксируются емкостными датчиками). Архитектура MPU-9250 снижает подверженность температурному дрейфу и вариациям электропараметров. При расположении устройства на плоской поверхности оно измерит 0g по X- и Y-осям и +1g по Z-оси.

Масштабный коэффициент

(scale factor — отношение изменения выходного сигнала к изменению выходного измеряемого сигнала) калибруется на заводе и не зависит от напряжения питания. Каждый сенсор снабжен индивидуальным сигма-дельта АЦП (состоит из модулятора и цифрового фильтра низких частот, подробнее про устройство в [Easyelectronics]), выходной цифровой сигнал которого имеет настраиваемый диапазон измерений.

И сразу про трёхосевой MEMS-магнетометр

Основан на высокоточной технологии эффекта Холла. Включает в себя магнитные сенсоры, определяющие напряжённость магнитного поля земли по осям, схему управления, цепь усиления сигнала и вычислительную схему для обработки сигналов с каждого датчика. Каждый АЦП имеет разрешение 16 бит, диапазон измерений

. Для измерения слабых магнитных полей применяют либо единицу в системе СИ микротесла (мкТл), либо гаусс (Гс, система СГС):

, [Радиолоцман]).

Итак, что такое LSB и как его посчитать? Инструкция по добыче

Допустим, наш акселерометр сейчас работает в диапазоне измерений

, то есть полный размах возможных значений будет

. Соответствующие им значения напряжений оцифровываются 16-битным АЦП, который может разбить весь интервал максимально на

ступеней. Минимальный инкремент, который можно засечь, — это как раз одна ступенька

. Тут надо помнить, что счёт ведётся с нуля, так что на самом деле максимально измеряемое значение будет

. То есть, чем больше бит в цифровом слове АЦП или ЦАП, тем меньше будет расхождение. При этом

чувствительность (иногда называется масштабным коэффициентом, sensitivity scale factor)

датчика на конкретном диапазоне будет определяться как соотношение электрического выходного сигнала и механического воздействия. Традиционно указывается для частоты сигнала 100 Гц и температуры

Для MPU-9250 чувствительность составляет

ступеней на каждые g или

(

,

), для другого IMU, BMI088 от Bosch Sensortec, чувствительность гироскопа высчитывается так же, а для акселерометра используется

ступеней на каждое g.

Варианты FS вытаскиваем из спецификации на гироскопы и, чтобы дважды не вставать, акселерометры.

FS для акселерометров я брала ещё и из документации на BMI088 (см. ниже).

Гироскоп, 16 бит Акселерометр, 16 бит
Диапазон (FS), (dps) LSB, (dps) Диапазон (FS), g LSB, mg
(FS = 250) 0,004 (FS = 4) 0,06
(FS = 500) 0,008 (FS = 6) 0,09
(FS = 1000) 0,0015 (FS = 8) 0,12
(FS = 2000) 0,03 (FS = 12) 0,18
(FS = 4000) 0,06 (FS = 16) 0,24
(FS = 24) 0,37
(FS = 32) 0,48
(FS = 48) 0,73

Всё, вроде бы, встало на свои места, можно идти дальше. В некоторых случаях (ниже, например, вырезка из документации на BMI088) отдельно указывается такой параметр, как разрешение (Resolution).

По факту, вроде бы, получается, что это должен быть LSB. Но почему тогда мы видим одно значение вместо нескольких, завязанных на конкретные диапазоны? Пришлось расширять список исследуемых источников в поисках ответов.

Что такое разрешение (Resolution)?

Минимальная величина, которую достоверно видит датчик, крайне важная при попытке соблюсти баланс между ценой и производительностью. Это не точность — сенсор с высоким разрешением может быть не особо точным, равно как и сенсор с малым разрешением в определённых областях может обладать достаточной точностью. К сожалению, LSB определяет лишь теоретическое минимально-различимое значение при условии, что мы можем использовать все 16 бит АЦП. Это разрешение в цифровом мире. В аналоговом какая-то часть ступеней будет зашумлена и число эффективных бит будет меньше.

Какие бывают характеристики шума и откуда что берётся?

Источники шума можно в общем разбить на электронный шум схемы, преобразующей движение в сигнал напряжения (джонсоновский тепловой шум, дробовой шум, розовый 1/f фликкер-шум и т. д.), и тепловой механический (броуновский, обусловленный наличием мелких подвижных частей) от самого сенсора. Характеристики последнего будут зависеть от резонансной частоты механической части системы

(собственной частоты колебаний сенсора

).

Среднеквадратичное значение шумов во всём спектральном диапазоне — Total RMS (Root mean square) Noise

Уровни шума можно определять несколькими способами. Можно рассматривать их во временной или частотной области (после преобразования Фурье). В первом случае берут остаточный шум как среднеквадратичное значение сигналов от неподвижного датчика (по факту это стандартное отклонение для выборки при

) за некоторый промежуток времени:

Ускорения или угловые скорости вращения меньше уровня широкополосного шума будут неразличимы — вот и фактическое разрешение. Среднеквадратичное значение переменного напряжения или тока (часто называется действующим или эффективным) равно величине постоянного сигнала, действие которого произведёт такую же работу в активной (резистивной) нагрузке за время периода. Наиболее эффективен такой подход при оценке широкополосного шума, где доминирует белый шум.

Для белого шума отношение амплитуды (мгновенного пикового значения) к среднеквадратчному с вероятностью 99.9% составляет Называется такое отношение крест-фактором (crest factor, cross ratio). Можно выбрать вероятность 95.5% — крест фактор будет равен 4.

На деле же сигналы шума ведут себя не так хорошо и могут выдавать пики, увеличивающие крест-фактор до 10 раз. В некоторых спецификациях можно найти значения или сам множитель.

В узкой низкочастотной полосе 0.1-10 Гц основную роль играет фликкер-шум “1/f”, для оценки которого используют значение размаха шумового сигнала (peak-to-peak).

Спектральная плотность

Иногда сигнал удобнее рассматривать в частотной области, где его описание называется

спектром

(зависимость амплитуды и фазы от частоты). Одна из возможных характеристик шума в спецификациях зовётся

power spectral density of noise (PSD), noise spectral density, noise power density,

или попросту

noise density

). Описывает распределение мощности шума по диапазону частот. Вне зависимости от представления электрического сигнала через ток или напряжение мгновенную рассеиваемую на нагрузке мощность можно нормировать (R = 1 Ом) и выразить её как

Средняя мощность, рассеиваемая сигналом в течение промежутка времени

Мощность – скорость поступления энергии. Через энергию определяются детерминированные и непериодические сигналы. Периодические и случайные сигналы выражаются через мощность, поскольку они не ограничены по времени и, соответственно, энергии, при этом в любой момент времени их средняя мощность отлична от нуля

Можно вспомнить [Sklyar], что произвольный периодический сигнал выражается через комбинацию бесконечного числа гармоник с возрастающими частотами:

что после представления косинуса и синуса в экспоненциальной форме

и замены

можно записать в виде

где комплексные коэффициенты (спектральные компоненты) ряда Фурье для

,

В общем случае эти коэффициенты представимы следующим образом:

Амплитудным и фазовым спектром называют графики зависимости

и

от частоты. Спектральная плотность мощности

периодического сигнала

даёт распределение мощности сигнала по диапазону частот:

и имеет размерность

Средняя нормированная мощность действительного сигнала будет

Непериодические случайные сигналы (в частности, шум) можно описать как периодические в предельном смысле. Если

стремится к бесконечности, последовательность импульсов превращается в отдельный импульс

, число спектральных линий стремится к бесконечности, график спектра превращается в гладкий спектр частот

Для данного предельного случая можно определить пару интегральных преобразований Фурье

и

где

— Фурье-образ.

Спектральная плотность мощности случайного сигнала определяется через предел

и описывает распределение мощности сигнала в диапазоне частот.

Поскольку мы предполагаем, что среднее для белого шума датчиков в неподвижном состоянии равно нулю (), то квадрат среднеквадратического значения равен дисперсии и представляет собой полную мощность в нормированной нагрузке:

Смотрим в спецификации — там на самом деле под именем спектральной плотности указан квадратный корень из неё с соответствующей размерностью

или

То есть значение RMS шума без указания полосы частот, на которой он считался (Bandwidth), бессмысленно.

Чуть подробнее про выбор полосы пропускания

На выходе MEMS-датчика мы получаем сигналы разной частоты. Предполагается, что мы заранее имеем некое представление об измеряемых нами процессах. К примеру, при определении вектора ускорения дрона шумом являются вибрации аппарата. Отделить их от полезного сигнала можно с помощью фильтра низких частот, который обрежет все частоты выше указанной (к примеру, 200 Гц). MPU-9250 предоставляет возможность настроить частоту среза фильтра низких частот с помощью параметра с магическим названием

DLPFCFG

. Расшифровывается он как Digital Low Pass Filter Configuration. Далее в спецификации там и тут всплывали не менее загадочные выражения типа (DLPFCFG = 2, 92Hz), но за расшифровкой пришлось лезть в другой документ, “Register Map and Descriptions”. Там показано, какие наборы битов в какие регистры надо записать для достижения желаемых эффектов:

Опуская технические подробности конфигурирования, можно сказать следующее. В данном датчике осуществляется настраиваемая фильтрация показаний не только акселерометров, гироскопов, но и температурного датчика. Для каждого существует в общей сложности от 7 до 10 режимов, характеризующихся такими понятиями, как полоса пропускания (Bandwidth) в Гц, задержка в мс, частота дискретизации (sampling frequency, Fs) в кГц.

В таблицу режимов фильтра акселерометра добавилась колонка «Плотность шума» в , а “Bandwidth” колонка дополнилась значением “3dB”.

Легче не стало, так что пройдёмся прямо по списку.

Наследие Древнего Рима

Частота дискретизации + децимация -АЦП = скорость обновления данных (digital output data rate, ODR)

С частотой дискретизации (она же частота семплирования) всё понятно — это количество взятых за секунду точек непрерывного по времени сигнала при его дискретизации АЦП. Измеряется в герцах.

Для того, чтобы в выборку попало значение, приближенное к пиковой амплитуде сигнала, важно брать частоту дискретизации минимум в 10 раз больше частоты полезного сигнала. MPU-9250 предлагает три варианта Fs = 32kHz, 8kHz, 1kHz.

Но это абсолютно не значит, что сигнал на выходе акселерометра или гироскопа появляется с тем же периодом.

Если взять те же дроны, тут всё упирается в борьбу за снижение энергопотребления, повышение скорости вычислений и снижение шума выходных данных. Можно понизить частоту обновления данных на выходе, позволив внутренним алгоритмам интегрировать входную информацию в течение некоторого периода времени. Среднеквадратичный понизится, но также сузится и полоса пропускания (датчик сможет засечь лишь те процессы, частота которых будет меньше 50% скорости обновления данных).

Тут лучше сразу вспомнить теорему Котельникова. Она обещает, что при дискретизации аналогового сигнала можно избежать потерь информации (то есть восстановить сигнал без искажений), если частота полезного сигнала будет не больше половины частоты дискретизации, называемой также частотой Найквиста. На практике классический антиалайзинговый фильтр (фильтр низких частот, уменьшающий вклад побочных частотных компонентов в выходном сигнале до пренебрежимо малых уровней — ГОСТ Р 8. 714-2010) требует в большинстве случаев разницу минимум в 2.5 раза [Siemens].

Для Fs = 32kHz частота Найквиста будет 16kHz. При этом полезный сигнал вряд ли выйдет за полосу fa = 20Hz (мало кто может менять направление движения чаще 20 раз в секунду). Итого, частота дискретизации значительно превышает частоту, требуемую для сохранения информации, содержащейся в полосе fa (40Hz, в 400 раз превышает), то есть полезный сигнал избыточно дискретизирован. Полоса между частотами fa и fs-fa не содержит никакой полезной информации. Можно уменьшить частоту дискретизации (на диаграмме это сделано с коэффициентом М, [7]), проредив последовательность семплов (отсчётов). Этот процесс и называется децимацией.

Согласно спецификации на MPU-9250, акселерометры снабжены сигма-дельта АЦП. Схемы на его основе потребляют минимальную мощность. Надо отметить, что полоса пропускания у данных преобразователей весьма узкая, не превышает звукового диапазона [Easyelectronics], но для штатного квадрокоптера больше и не нужно. Состоят они из двух блоков: -модулятора и цифрового децимирующего фильтра низких частот.

Зачем объединять фильтр низких частот и децимацию?

Честная выдержка из Вики:

Если исходный сигнал не содержит частот, превышающих частоту Найквиста децимированного сигнала, то форма спектра полученного (децимированного) сигнала совпадает с низкочастотной частью спектра исходного сигнала. Частота дискретизации, соответствующая новой последовательности отсчётов, в N раз ниже, чем частота дискретизации исходного сигнала.
Если исходный сигнал содержит частоты, превышающие частоту Найквиста децимированного сигнала, то при децимации будет иметь место алиасинг (наложение спектров).

Таким образом, для сохранения спектра необходимо до децимации удалить из исходного сигнала частоты, превышающие частоту Найквиста децимированного сигнала. В спецификации на MPU-9250 не очень много информации о характеристиках DLPF, но можно найти исследования энтузиастов [9].

Bandwidth, она же frequency response (частотный отклик)

диапазон частот, в котором датчик обнаруживает движение и выдает действительный выходной сигнал. В некоторых спецификациях приводится частотная характеристика датчика — зависимость электрического выходного сигнала акселерометра от внешних механических воздействий с фиксированной амплитудой, но различными частотами. В пределах полосы пропускания неравномерность частотной характеристики не превышает заданной. В случае применения цифрового фильтра низких частот выбор полосы пропускания как раз позволяет изменять частоту среза, неизбежно оказывая влияние на скорость отклика датчика на изменения положения в пространстве. Частота среза обязана быть меньше половины скорости оцифровки (digital output data rate, ODR), называемой также частотой Найквиста.

Для акселерометров MPU-9250 границы полосы пропускания определяются так, чтобы внутри диапазона спектральная плотность сигнала отличалась от пиковой (на частоте 0 Гц) не больше, чем на -3дБ. Этот уровень примерно соответствуют падению до половины спектральной плотности (или 70.7% от пиковой спектральной амплитуды). Напомню, для энергетических величин (мощность, энергия, плотность энергии), пропорциональных квадратам силовых величин поля, выраженное в децибелах отношение

.

Итог: сигналы, прошедшие через ФНЧ, менее зашумлены, у них лучшее разрешение, но при этом меньшая полоса пропускания.

Поэтому указание разрешения в спецификации без привязки к полосе пропускания смысла не имеет.
Вернёмся к разрешению

В спецификации на MPU-9250 сведений о разрешении в принципе нет, для BMI088 под именем «Разрешение» представлены цифровое разрешение (LSB) и чувствительность»:

Оценить разрешение для каждой полосы пропускания можно по пиковому шуму Среднеквадратичная величина шума на выходе связана с указанной в спецификации спектральной плотностью (а вернее, корнем из неё) и эквивалентной шумовой полосой пропускания (equivalent noise bandwidth, ENBW, — полоса пропускания эквивалентной системы, имеющей прямоугольную АЧХ и одинаковые с исходной системой значение на нулевой частоте и дисперсию на выходе, при воздействии на входы систем белого шума):

А шумовая полоса пропускания связана с 3dB полосой коэффициентами, соответствующим порядку низкочастотного фильтра:

Судя по исследованию в [MPU9250_DLPF], наш выбор 1. 57. Полученное среднеквадратическое значение учитывает вклад белого шума (ни шума квантования, ни механического шума там нет). Например, для акселерометра расчётное значение для

получается

. При этом в спецификации отдельно указан полный среднеквадратичный шум

Расхождение значительное. К сожалению, он указан лишь для одной полосы, а для акселерометра BMI088 в спецификации указано только PSD. Так что будем использовать что есть. Кросс-фактор возьмём 4. Теперь самое интересное. Отношение

даст примерный порядок эффективных бит на данном диапазоне измерений, который прилично меньше 16-битного разрешения АЦП.


Delay (ms), или откуда берётся задержка

Из необходимости сохранять во внутреннем буфере переменные для деления фильтром сигнала на разные частоты

Итого. Чем ниже частота обрезания фильтра, тем меньше шума в сигнале. Но тут надо быть осторожным, потому что одновременно с этим вырастает и задержка. Кроме того, можно пропустить полезный сигнал [8].

MPU-9250 BMI088
Гироскоп, 16 бит
Диапазон (FS), (dps) Разрешение, бит (BW=92Hz) Диапазон (FS), (dps) Разрешение, бит (BW=64Hz)
8
9 9
10 10
11 11
12 12
Акселерометр
Диапазон (FS), g Разрешение, бит Диапазон (FS), g Разрешение (по X,Y), бит
6 8
7 9
8 10
9 11

И это лишь самые основные параметры.

Откуда что бралось:

  1. Самый приятный документ от Freescale Semiconductor — «How Many Bits are Enough?»
  2. [EE] — «Resolution vs Accuracy vs Sensitivity Cutting Through the Confusion»
  3. [Время электроники] — «МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы»
  4. [LSB] — «An ADC and DAC Least Significant Bit (LSB)»
  5. [Measurement Computing] — «TechTip: Accuracy, Precision, Resolution, and Sensitivity»
  6. [KIT] — «Акселерометры Analog Devices — устройство и применение»
  7. [Easyelectronics] — «Сигма-дельта АЦП»
  8. [Радиолоцман] — «Магнитометры: принцип действия, компенсация ошибок»
  9. [SO] — «Noise Measurement»
  10. [Mide] — «Accelerometer Specifications: Deciphering an Accelerometer’s Datasheet»
  11. [CiberLeninka] — Delta-Sigma ADC Filter
  12. [SciEd] — «Особенности реализации цифровой фильтрации с изменением частоты дискретизации»
  13. [MPU6050] — «Using the MPU6050’s DLPF»
  14. [MPU9250_DLPF] — MPU9250 Gyro Noise DLPF work investigation
  15. Understanding Sensor Resolution Specifications
  16. Siemens Digital Signal Processing
  17. МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics
  18. [TMWorld] — «Evaluating inertial measurement units»
  19. [Sklyar] – Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.

Гироскоп в планшете – что это? Что такое гироскоп в смартфоне и как он работает

Гироскоп – один из многих современных датчиков, без которых сложно представить работу смартфона.

Область применения этого датчика в телефоне достаточно обширна. Полноценный гироскоп визуально напоминает юлу внутри нескольких обручей. Ввиду габаритов такая конструкция не может быть установлена в гаджете, поэтому ее заменили на датчик, основанный на микроэлектромеханической системе.

Что такое гироскоп?

Гироскоп в современном телефоне – датчик, который позволяет автоматически менять ориентацию экрана в зависимости от положения смартфона.

Впервые гироскоп был установлен в iPhone 4, благодаря чему устройство обрело новый полезный функционал. С датчиком пользователи получили возможность, например, перелистывать страницы и переключать треки в плеере встряхиванием смартфона.

Для включения датчика на устройствах с операционной системой Android 4. 0 KitKat и выше достаточно выкатить шторку уведомлений и активировать опцию автоповорота экрана.

Акселерометр и гироскоп

Как правило, современные телефоны оснащены этими датчиками в паре. Принцип их работы хоть и похож, но не дублируется. измеряет ускорение объекта при перемещении, в то время как гироскоп измеряет угол отклонения аппарата относительно разных плоскостей.

Функции гироскопа в смартфонах

Гироскоп вывел игровой процесс на новый уровень. Вращая устройство в пространстве, пользователь может управлять автомобилем, вести игровой поединок, искать персонажей и многое другое.

Если говорить о стандартных приложениях, наиболее показательными преимущества гироскопа выглядят, например, в приложении калькулятор. В портретной ориентации пользователю доступны стандартные действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Повернув телефон на 90 градусов, можно получить большой выбор тригонометрических функций на все случаи жизни.

Разумеется, с автоматической работы датчика гораздо удобнее смотреть видео в YouTube и листать фотографии. Еще датчик можно использовать, чтобы сделать из телефона строительный уровень – д ля этого нужно скачать специальное приложение.

По сути, недостатков у гироскопа нет. Конечно, иногда появляется дискомфорт при просмотре картинок или чтении, когдапри изменении позы человека и устройства возможны нежеланные изменения ориентации экрана. Решение простое – отключить автоповорот в настройках.

Гироскопы предназначены для демпфирования угловых перемещений моделей вокруг одной из осей, либо стабилизации их углового перемещения. Применяются в основном на летающих моделях в случаях, когда необходимо повысить стабильность поведения аппарата или создать ее искусственно. Наибольшее применение (около 90%) гироскопы нашли в вертолетах обычной схемы для стабилизации относительно вертикальной оси путем управления шагом рулевого винта. Это обусловлено тем, что вертолет обладает нулевой собственной стабильностью по вертикальной оси. В самолетах гироскоп может стабилизировать крен, курс и тангаж. Курс стабилизируют в основном на турбореактивных моделях для обеспечения безопасного взлета и посадки, – там большие скорости и взлетные дистанции, а ВПП, как правило, узкая. Тангаж стабилизируют на моделях с малой, нулевой, либо отрицательной продольной устойчивостью (с задней центровкой), повышающей их маневренные возможности. Крен полезно стабилизировать даже на учебных моделях.

На самолетах и планерах спортивных классов гироскопы запрещены требованиями FAI.

Гироскоп состоит из датчика угловой скорости и контроллера. Как правило, они конструктивно объединены, хотя на устаревших, а также “крутых” современных гироскопах размешены в разных корпусах.

По конструкции датчиков вращения, гироскопы можно разделить на два основных класса: механические и пьезо. Точнее, сейчас делить особо уже не на что, потому что механические гироскопы полностью сняты с производства как морально устаревшие. Тем не менее, распишем и их принцип работы тоже, хотя бы ради исторической справедливости.

Основу механического гироскопа составляют тяжелые диски, закрепленные на валу электродвигателя. Двигатель в свою очередь имеет одну степень свободы, т.е. может свободно вращаться вокруг оси, перпендикулярной валу двигателя.


Раскрученные двигателем тяжелые диски обладают гироскопическим эффектом. Когда вся система начинает вращаться вокруг оси, перпендикулярной двум другим, двигатель с дисками отклоняется на определенный угол. Величина этого угла пропорциональна скорости поворота (те, кто интересуется силами, возникающими в гироскопах, могут поглубже ознакомиться с кориолисовым ускорением в специальной литературе). Отклонение мотора фиксируется датчиком, сигнал которого поступает на блок электронной обработки данных.

Развитие современных технологий позволило разработать более совершенные датчики угловых скоростей. В результате появились пьезогироскопы, которые к настоящему времени полностью вытеснили механические. Конечно, они по-прежнему используют эффект кориолисова ускорения, но датчики являются твердотельными, то есть вращающиеся части отсутствуют. В наиболее распространенных датчиках используются вибрирующие пластины. Поворачиваясь вокруг оси, такая пластина начинает отклоняться в плоскости, поперечной плоскости вибрации. Это отклонение измеряется и поступает на выход датчика, откуда снимается уже внешней схемой для последующей обработки. Самыми известными производителями подобных датчиков являются фирмы Murata и Tokin .

Пример типичной конструкции пьезоэлектрического датчика угловых скоростей дан на следующем рисунке.


У датчиков подобной конструкции есть недостаток в виде большого температурного дрейфа сигнала (т.е. при изменении температуры на выходе пьезодатчика, находящегося в неподвижном состоянии, может появиться сигнал). Однако достоинства, получаемые взамен, намного перекрывают это неудобство. Пьезогироскопы потребляют намного меньший ток по сравнению с механическими, выдерживают большие перегрузки (менее чувствительны к авариям), позволяют более точно реагировать на повороты моделей. Что касается борьбы с дрейфом, то в дешевых моделях пьезогироскопов есть просто регулировка “нуля”, а в более дорогих – автоматическая установка “нуля” микропроцессором при подаче питания и компенсация дрейфа температурными датчиками.

Жизнь, однако, не стоит на месте, и вот уже в новой линейке гироскопов от Futaba (Семейство Gyxxx с системой “AVCS”) уже стоят датчики от Silicon Sensing Systems , которые очень выгодно отличаются по характеристикам от продуктов Murata и Tokin. Новые датчики имеют более низкий температурный дрейф, более низкий уровень шумов, очень высокую виброзащищенность и расширенный диапазон рабочих температур. Это достигнуто за счет изменения конструкции чувствительного элемента. Он выполнен в виде кольца, работающего в режиме изгибных колебаний. Кольцо делается методом фотолитографии, как микросхема, поэтому датчик называется SMM (Silicon Micro Machine). Не будем углубляться в технические подробности, любопытные смогут найти все здесь: http://www.spp.co.jp/sssj/comp-e. html . Приведем лишь несколько фотографий самого датчика, датчика без верхней крышки и фрагмента кольцевого пьезоэлемента.


Типичные гироскопы и алгоритмы их работы

Наиболее известными производителями гироскопов на сегодняшний день являются фирмы Futaba , JR-Graupner , Ikarus , CSM , Robbe , Hobbico и т.д.

Теперь рассмотрим режимы работы, которые используются в большинстве выпускаемых гироскопов (всякие необычные случаи рассмотрим потом отдельно).

Гироскопы со стандартным режимом работы

В этом режиме гироскоп демпфирует угловые перемещения модели. Такой режим достался нам в наследство от механических гироскопов. Первые пьезогироскопы отличались от механических в основном датчиком. Алгоритм работы остался неизменным. Суть его сводится к следующему: гироскоп измеряет скорость поворота и выдает коррекцию к сигналу с передатчика, чтобы замедлить вращение, насколько это возможно. Ниже дается пояснительная блок-схема.


Как видно из рисунка, гироскоп пытается подавить любое вращение, в том числе и то, которое вызвано сигналом с передатчика. Чтобы избежать такого побочного эффекта, желательно на передатчике задействовать дополнительные микшеры, чтобы при отклонение ручки управления от центра, чувствительность гироскопа плавно уменьшалась. Такое микширование может быть уже реализовано внутри контроллеров современных гироскопов (чтобы уточнить, есть оно или нет – посмотрите характеристики устройства и руководство по эксплуатации).

Регулировка чувствительности реализуется несколькими способами:

  1. Дистанционная регулировка отсутствует. Чувствительность задается на земле (регулятором на корпусе гироскопа) и не меняется во время полета.
  2. Дискретная регулировка (dual rates gyro). На земле задается два значения чувствительности гироскопа (двумя регуляторами). В воздухе можно выбирать нужное значение чувствительности по каналу регулирования.
  3. Плавная регулировка. Гироскоп выставляет чувствительность пропорционально сигналу в регулирующем канале.

В настоящее время практически все современные пьезогироскопы имеют плавную регулировку чувствительности (а о механических гироскопах можно уже смело забыть). Исключение составляют только базовые модели некоторых производителей, где чувствительность устанавливается регулятором на корпусе гироскопа. Дискретная регулировка необходима только с примитивными передатчиками (где нет дополнительного пропорционального канала или нельзя выставить длительности импульсов в дискретном канале). В этом случае в канал регулирования гироскопа можно включить небольшой дополнительный модуль, который будет выдавать заданные значения чувствительности в зависимости от положения тумблера дискретного канала передатчика.

Если говорить о достоинствах гироскопов, реализующих только “стандартный” режим работы, то можно отметить, что:

  • Такие гироскопы имеют довольно низкую цену (вследствие простоты реализации)
  • При установке на хвостовую балку вертолета, новичкам проще выполнять полеты по кругу, так как за балкой можно особенно не следить (балка сама разворачивается по ходу движения вертолета).

Недостатки:

  • В недорогих гироскопах термокомпенсация сделана недостаточно хорошо. Необходимо вручную выставлять “ноль”, который может сместиться при изменении температуры воздуха.
  • Приходится применять дополнительные меры по устранению эффекта подавления гироскопом управляющего сигнала (дополнительное микширование в канале управления чувствительности или увеличение расхода рулевой машинки).

Вот довольно известные примеры описанного типа гироскопов:

При выборе рулевой машинки, которая будет подключаться к гироскопу, следует отдавать предпочтение более быстрым вариантам. Это позволит добиться большей чувствительности, без риска, что в системе возникнут механические автоколебания (когда из-за перерегулирования рули начинают сами двигаться из стороны в сторону).

Гироскопы с режимом удержания направления

В этом режиме стабилизируется угловое положение модели. Для начала маленькая историческая справка. Первой фирмой, которая сделала гироскопы с таким режимом, была CSM. Режим она назвала Heading Hold. Поскольку название было запатентовано, другие фирмы стали придумывать (и патентовать) свои собственные названия. Так возникли марки “3D”, “AVSC” (Angular Vector Control System) и другие. Такое многообразие может повергнуть новичка в легкое замешательство, но на самом деле, никаких принципиальных различий в работе таких гироскопов нет.

И еще одно замечание. Все гироскопы, которые имеют режим Heading Hold, поддерживают также и обычный алгоритм работы. В зависимости от выполняемого маневра, можно выбирать тот режим гироскопа, который больше подходит.

Итак, о новом режиме. В нем гироскоп не подавляет вращение, а делает его пропорциональным сигналу с ручки передатчика. Разница очевидна. Модель начинает вращаться именно с той скоростью, с которой нужно, независимо от ветра и других факторов.

Посмотрите блок-схему. По ней видно, что из управляющего канала и сигнала с датчика получается (после сумматора) разностный сигнал ошибки, который подается на интегратор. Интегратор же меняет сигнал на выходе до тех пор, пока сигнал ошибки не будет равен нулю. Через канал чувствительности регулируется постоянная интегрирования, то есть скорость отработки рулевой машинки. Разумеется, вышеприведенные объяснения весьма приблизительны и обладают рядом неточностей, но ведь мы собираемся не делать гироскопы, а применять их. Поэтому нас гораздо больше должны интересовать практические особенности применения подобных устройств.

Достоинства режима Heading Hold очевидны, но хочется особо подчеркнуть плюсы, которые проявляются при установке такого гироскопа на вертолет (для стабилизации хвостовой балки):

  • на вертолете начинающий пилот в режиме висения может практически не управлять хвостовым винтом
  • отпадает необходимость в микшировании шага хвостового винта с газом, что несколько упрощает предполетную подготовку
  • триммирование хвостового винта можно производить без отрыва модели от земли
  • становится возможным выполнение таких маневров, которые раньше были затруднены (например, полет хвостом вперед).

Для самолетов применение данного режима тоже может быть оправдано, особенно на некоторых сложных 3D-фигурах вроде “Torque Roll”.

Вместе с тем следует отметить, что каждый режим работы имеет свои особенности, поэтому использование Heading Hold везде подряд не является панацеей. При выполнении обычных полетов на вертолете, особенно новичками, использование функции Heading Hold может привести к потере управления. Например, если не управлять хвостовой балкой при выполнении виражей, то вертолет опрокинется.

В качестве примеров гироскопов, которые поддерживают режим Heading Hold, можно привести следующие модели:

Переключение между стандартным режимом и Heading Hold производится через канал регулировки чувствительности. Если менять длительность управляющего импульса в одну сторону (от средней точки), то гироскоп будет работать в режиме Heading Hold, а если в другую – то гироскоп перейдет в стандартный режим. Средная точка – когда длительность канального импульса равна примерно 1500 мкс; то есть, если бы мы подключили на этот канал рулевую машинку, то она установилась бы в среднее положение.

Отдельно стоит затронуть тему применяемых рулевых машинок. Для того, чтобы добиться максимального эффекта от Heading Hold, нужно ставить рулевые машинки с повышенной скоростью работы и очень высокой надежностью. При повышении чувствительности (если скорость отработки машинки позволяет), гироскоп начинает перекладывать сервомеханизм очень резко, даже со стуком. Поэтому машинка должна иметь серьезный запас прочности, чтобы долго прослужить и не выйти из строя. Предпочтение стоит отдавать так называемым “цифровым” машинкам. Для самых современных гироскопов разрабатывают даже специализированные цифровые сервомашинки (например, Futaba S9251 для гироскопа GY601). Помните, что на земле, из-за отсутствия обратной связи от датчика вражений, если не принять дополнительных мер, то гироскоп обязательно выведет рулевую машинку в крайнее положение, где она станет испытывать максимальную нагрузку. Поэтому если в гироскоп и рулевую машинку не встроены функции ограничения хода, то рулевая машинка должна уметь выдерживать большие нагрузки, чтобы не выйти из строя еще на земле.

Специализированные самолетные гироскопы

Для применения в самолетах с целью стабилизации крена начали выпускать специализированные гироскопы. От обычных они отличаются тем, что имеют еще один канал внешней команды.

При управлении каждого элерона отдельным серво, самолетчики с компьютерной аппаратурой задействуют функцию флаперонов. Микширование происходит на передатчике. Однако контроллер самолетного гироскопа на модели автоматически определяет синфазное отклонение обоих каналов элеронов и не мешает ему. А противофазное отклонение задействуется в петле стабилизации крена – в ней присутствуют два сумматора и один датчик угловой скорости. Других отличий нет. Если элероны управляются от одного серво, то специализированный самолетный гироскоп не нужен, сгодится и обычный. Самолетные гироскопы делают фирмы Hobbico, Futaba и другие.

Касаясь применения гироскопов на самолете, нужно отметить, что нельзя использовать режим Heading Hold на взлете и посадке. Точнее, в тот момент, когда самолет касается земли. Это потому, что когда самолет находится на земле, он не может накрениться или повернуть, поэтому гироскоп выведет рули в какое-нибудь крайнее положение. А при отрыве самолета от земли (или сразу после посадки), когда модель имеет большую скорость, сильное отклонение рулей может сыграть злую шутку. Поэтому настоятельно рекомендуется использовать гироскоп на самолетах в стандартном режиме.

В самолетах эффективность рулей и элеронов пропорциональна квадрату скорости полета самолета. При широком диапазоне скоростей, что характерно для сложного пилотажа, необходимо компенсировать это изменение регулированием чувствительности гироскопа. Иначе при разгоне самолета система перейдет в автоколебательный режим. Если же задать сразу низкий уровень эффективности гироскопа, то на малых скоростях, когда он особенно нужен, от него не будет должного эффекта. На настоящих самолетах такое регулирование делает автоматика. Возможно, скоро так будет и на моделях. В некоторых случаях переход в автоколебательный режим органа управления полезен – при очень низких скоростях полета самолета. Многие наверное видели, как на МАКС-2001 “Беркут” С-37 показывал фигуру “харриер”. Переднее горизонтальное оперение при этом работало в автоколебательном режиме. Гироскоп в канале крена позволяет делать самолет “несваливаемым на крыло”. Подробнее о работе гироскопа в режиме стабилизации тангажа самолетов можно почитать в известной монографии И.В.Остославского “Аэродинамика самолета”.

Заключение

В последние годы появилось много дешевых моделей миниатюрных гироскопов, позволяющих расширить сферу их применения. Простота инсталляции и низкие цены оправдывают использование гироскопов даже на учебных и радиобойцовых моделях. Прочность пьезоэлектрических гироскопов такова, что при аварии скорее испортится приемник или серво, чем гироскоп.

Вопрос о целесообразности насыщения летающих моделей современной авионикой каждый решает сам. На наш взгляд, в спортивных классах самолетов, – по крайней мере, на копиях, гироскопы все-таки со временем разрешат. Иначе невозможно обеспечить реалистичный, похожий на оригинал полет уменьшенной копии из-за разных чисел Рейнольдса. На хоббийных аппаратах применение искусственной стабилизации позволяет расширить диапазон погодных условий полетов, и летать в такой ветер, когда только ручное управление не в состоянии удержать модель.

Мобильные персональные компьютеры, одним из которых является , оснащаются огромным количеством функций. Продвинутые пользователи задействуют ресурсы по максимуму, но большинство обладателей планшетов даже не подозревает, какие возможности открывают те или иные составляющие устройства. Возьмем, к примеру, гироскоп в планшете – что это, для чего он необходим, как им пользоваться – знает не каждый.

Функции гироскопа в планшете

Принцип работы гироскопа заключается в том, что эта деталь точно определяет положение устройства в пространстве и измеряет углы поворота. Происходит это за счет установленного в планшете гироскопического датчика. На сегодняшний день гироскопы настолько компактны, что ими оснащаются , телефоны. Нередко гироскоп путают с акселерометром, но это разные составляющие. Основная функция акселерометра – поворот дисплея, поскольку он измеряет угол наклона электронного устройства относительно поверхности планеты. Гироскоп в свою очередь не только определяет положение в пространстве, но и позволяет отслеживать перемещения. Когда акселерометр и гироскоп в планшете задействованы одновременно, достигается наилучшая точность работы.

Примеры использования гироскопа в планшете

Одна из функций гироскопа – защитная. Так как работает гироскоп, реагируя на изменение положения, он может вовремя подать сигнал о падении устройства. К примеру, такая функция в ноутбуках и некоторых планшетах позволяет моментально зафиксировать жесткий диск и снизить вероятность его повреждения при ударе о поверхность. Также на вопрос, зачем гироскоп в планшете, с энтузиазмом ответит любой игроман. Управление виртуальным рулем гоночного автомобиля или штурвалом самолета стало абсолютно реалистичным с изобретением этого датчика.

Наличие гироскопа позволило по-новому управлять устройством – к примеру, определенный алгоритм резких движений планшетом поможет увеличить или уменьшить громкость звучания, в телефонах с гироскопом можно с помощью движения ответить на звонок и т.д. Кроме того гироскоп может «сотрудничать» с программным обеспечением. Популярный пример – калькулятор, который при повороте из стандартного вертикального положения в горизонтальное превращается из обычного в инженерный, оснащенный дополнительными функциями типа тригонометрических или логарифмических.

Также можно привести в пример бытовое использование гироскопа – он способен наделить планшет функциями строительного уровня. Удобно пользоваться планшетом с гироскопом в качестве навигатора. Карта, благодаря датчику, отображается таким образом, что демонстрирует именно ту местность, которая открывается перед глазами. При повороте вокруг своей оси карта меняет изображение в соответствии с новым обзором.

Есть ли минусы у гироскопа?

Датчик гироскоп реагирует на изменение положения в пространстве, но он не обладает телепатическими способностями. Далеко не всегда на поворот устройства нужна именно такая реакция, которая последует в результате оценки ситуации гироскопом. Элементарный пример – чтение лежа, гироскоп будет поворачивать текст на дисплее в вертикальное положение, в то время как читающему человеку он нужен в горизонтальном. Безусловно, такая ситуация будет раздражать, поэтому при покупке планшета важно убедиться, что в устройстве предусмотрена возможность отключения функции.

Неисправная работа гироскопа

Если не работает гироскоп на планшете или работает некорректно, это не повод смириться и отказаться от его использования. Конечно, если проблема аппаратная, придется нести планшет в сервис и вкладывать деньги в ремонт, но дело может быть всего лишь в настройках датчика. Обычно в инструкциях к устройству можно найти подробное описание, как настроить гироскоп на планшете конкретной модели. В большинстве случаев достаточно стандартной калибровки датчика, если результат не достигнут, можно скачать дополнительные приложения.

Несмотря на популярность этого датчика, многие задают вопрос о том, что такое гироскоп. Попробуем разобраться.

1. Гироскоп в классическом понимании

Рассматриваемое нами устройство, фактически, представляет собой волчок, который вращается вокруг вертикальной оси. Он закреплен в поворачивающейся вокруг другой оси раме. Эта другая ось тоже закреплена в своей раме, поворачивающейся вокруг третьей оси.

Благодаря этому как бы не поворачивался волчок, он всегда будет иметь вертикальное положение в пространстве.

Принцип работы гироскопа можно также увидеть на рисунке №1. Из него, в частности, можно понять, что в классическом устройстве есть вибрирующие грузики. А частота их вибрации равна скорости, умноженной на перемещение.

Благодаря такому явлению, как Кариолисово ускорение, несмотря на поворот тела, оно способно сохранять свое положение относительно плоскости вращения. Разумеется, оно имеет место только во время вращения.

Собственно, на этом простом свойстве вращающихся тел и основывается принцип работы того гироскопа, который есть у большинства из нас в смартфоне.

Разработчики научились делать гироскоп намного проще и меньше. Это позволило им умещать его в небольшую плату, которую можно разместить под корпусом любого современного мобильного девайса.

2. Предназначение датчика в телефоне

В телефоне он нужен для того, чтобы определять положение аппарата в пространстве.

Для пользователя все выглядит предельно просто – Вы поворачиваете смартфон горизонтально или вертикально и положение всех значков на экране меняется. Это применимо для игр и разнообразных программ.

Во многих случаях повороты экрана можно использовать для выполнения определенных действий, например, для блокировки клавиатуры.

Интересно: Впервые гироскоп использовали в Айфоне 4. С тех пор этот датчик стал обязательным элементом любого мобильного девайса.

Теперь Вы знаете, как работает этот датчик. Стоит разобраться в том, как узнать есть ли он в Вашем гаджете.

3. Как проверить наличие гироскопа

В зависимости от операционной системы для этой цели можно использовать разные программы:

  • Sensor Box для Андроид;
  • Sensor Kinetics для iOS.

В первой программе нужно нажать иконку «Accelerometer sensor». Во второй делать не нужно ничего.

Существует способ еще проще – если в настройках есть пункт «Поворот экрана» (или что-то подобное), гироскоп есть. Но вышеупомянутые приложения помогают выявить проблемы в работе этого датчика.

Многие слышали про гироскоп в телефоне – что это такое интересно, пожалуй, только тем пользователям гаджета, которые в технических характеристиках заметили незнакомое название. На самом же деле функциями этого микроприбора мы пользуемся достаточно часто. Он способен выручить нас в момент отсутствия необходимого строительного инструмента, указать нам направление движения, когда это необходимо и справиться с различными, еще более сложными задачами.

Для чего гироскоп в вертолете?

Высокотехнологичные приборы широко используются в военно-техническом оснащении армии. Например, гироскоп является важной составляющей частью вертолетной навигационной системы. В вертолетах устанавливаются гироскопические приборы на качественных подшипниках, которые не позволяют внешним факторам воздействовать на его ось. Таким образом, он способен отображать уровень наклона поверхности , к которой прикреплен.

Когда вертолет заходит в поворот, устройство давит на соответствующую пружину, расположенную под его горизонтальным основанием до тех пор, пока экипаж не выровняет машину по вертикальной оси. Причем сила давления на пружину прямо пропорциональна угловой скорости вертолета.

Еще одной немаловажной функцией является стабилизация вертолета в момент раскачивания или заноса его хвоста. Гироскоп:

  1. Определяет раскачивание;
  2. Дает сигнал винтовым лопастям;
  3. Лопасти в свою очередь начинают работу в режиме недопущения раскручивания машины.

Так вертолет остается в стабильном равновесии и не зависит от потоков воздуха или других внешних факторов.

В этом видео физик Аркадий Жалеев покажет принцип работы большого гирокомпаса:

Где еще используют прибор?

Гироскоп очень важен для самолетостроения. Его работа детально изучается пилотами, однако нам, простым пассажирам, понятно, что в небе самолет ориентируется именно благодаря этому прибору.

С его помощью выполняется:

  • Работа автопилота;
  • Маневрирование в воздухе;
  • Взлет и посадка.

Все это обусловлено работой гироскопа.

В подводных лодках аппарат позволяет определить:

  1. Курс судна;
  2. Равновесие или баланс корпуса.

Также такие приборы используются в космонавтике, где ориентироваться по визуальным и тактильным ощущениям невозможно.

Велико место прибора в робототехнике. Благодаря его функциям могут отслеживаться изменения положения в пространстве различных предметов, например, головы или тела робота. Является основным и самым важным устройством в гироскутере.

Таким образом, гироскоп – крайне важный предмет для наукоемких производств, военно-промышленного комплекса и бытовой жизни каждого человека. Он намного облегчает нам жизнь и делает ее интереснее, а для науки является ценнейшим навигационным прибором.

Гироскоп: как работает устройство?

Современные гаджеты оснащены массой различных полезных функций. Одной из таких новинок является гироскоп. Впервые он был использован в телефонах компании Apple.

Это маленький чип внутри смартфона, суть работы которого заключается:

  1. В определении местоположения смартфона в пространстве ;
  2. Вычислении углов горизонта.

Таким образом, многие функции телефона напрямую зависят от гироскопа:

  • Направление и скорость движения в навигаторе;
  • Автоматический переход экрана в горизонтальное или вертикальное положение;
  • Игры в телефоне, где гироскоп используется в качестве руля;
  • Ответ на звонок или переключение различных функций с помощью встряхивания телефона.

Также аппарат может выступать в качестве прибора, измеряющего угол наклона, например, всем известного уровня. Это бывает необходимо и в быту, и в строительной профессии.

Все это – помощь того самого вшитого чипа. Сегодня практически все телефоны оснащены таким датчиком. Убедиться в этом вы можете, обратившись к техническим характеристикам гаджета или установив программу, позволяющую определить все встроенные в телефон датчики.

Отличие гироскопа от акселерометра

Многие путают эти два устройства, называя их приборами с одинаковым функционалом, но разными названиями, однако такие рассуждения ошибочны. Принцип действия этих приборов немного разнится:

  1. Акселерометр определяет угол ускорения относительно земли, тогда как его коллега – угол своего положения;
  2. Акселерометр имеет возможность измерять длительность движения, а гироскоп – нет;
  3. У акселерометра есть возможность издавать сигналы при прохождении определенного расстояния;
  4. Гироскоп может определять стороны света, акселерометр – нет.

Таким образом, оба эти прибора отлично дополняют друг друга и часто используются в тандеме на различных устройствах.

Устройство гироскопа

Прибор гироскоп был изобретен еще в 19 веке. Его работа заключается во вращении твердых тел с высокой скоростью вокруг оси. Самым простым и наглядным примером работы агрегата является простая игрушка юла. Когда мы раскручиваем ее, она вращается вокруг оси до тех пока на нее не начинают воздействовать внешние силы.

Гироскоп в свою очередь не подвержен такому воздействию и сохраняет устойчивость благодаря гораздо большей силе вращения, чем у юлы. Таким образом, вы можете поворачивать аппарат как угодно, но его ось останется неизменно вертикальной.

Самый первый гироскоп был механическим, однако дальше, с развитием науки он стал лазерным и оптическим. В электромеханике сегодня такие приборы используются в виде микроэлектромеханических датчиков. Именно таким образом он умещается в телефон, сложную навигационную систему кораблей, самолетов и вертолетов.

Таким образом, в современном мире люди живут, что называется на высоких скоростях. Однако для упрощения и увеличения качества жизни в бытовой обиход входят все больше приборов, которые ранее использовались только для высоких технологий. Одним из таких примеров, является гироскоп в телефоне. Что это за устройство, давно знают капитаны морских судов и подводных лодок, пилоты и космонавты. В современном гаджете такое устройство появилось относительно недавно, но уже прочно закрепилось среди важных и полезных функций.

Видео о принципе работы приборов для ориентации в пространстве

В данном ролике Роман Лодин расскажет, с помощью чего гироскопу и акселерометру удается определить свое местоположение и чем отличаются эти два прибора:

Как это работает.

Гироскоп — Рамблер/новости

Механизм, изобретенный в начале XIX века, сегодня находит применение практически повсеместно. Гироскопы используются в системах навигации кораблей и самолетов, в мобильных устройствах, игровых приставках и квадрокоптерах. Рассказываем об удивительном гироскопе – его истории, устройстве и принципе действия.

От детского волчка до полетов в космос

В основе многих научных открытий лежит наблюдение за простыми повседневными вещами. Так и один из важных приборов, применяющихся в составе современных устройств, – гироскоп – родился из старинной детской игрушки, известной как волчок. Сильно раскрученный волчок, удерживающий вертикальное положение даже при воздействии на него внешних сил, привлек внимание ученых. Изучая его свойства, люди науки задумывались о практическом применении эффекта. Волчком интересовались англичанин Исаак Ньютон, российский академик Леонард Эйлер, опубликовавший в 1765 году труд «Теория движения твердых тел», и другие ученые.

Первые механические гироскопы появились в начале XIX века. Но только в 1852 году французский физик Леон Фуко предложил использовать устройство для контроля изменения направления и дал ему название «гироскоп». Первый промышленный гироскоп был создан в конце XIX века австрийский инженер Людвиг Обри придумал использовать его для стабилизации курса торпеды.

Следующим шагом в истории гироскопии стало создание лазерного гироскопа. Подготовка к его «рождению» заняла практически весь XX век, ведь для этого нужно было подтянуть квантовую физику и создать новые методы обработки материалов. Разработка лазерных гироскопов началась в 1970-х годах, а массовое применение пришлось на 2000-е. Сегодня мы находимся на этапе развития нового поколения гироскопов – волновых твердотельных и микромеханических.

В наше время гироскопы применяются в самых разных областях: для стабилизации фото- и видеокамер, в мобильных устройствах и игровых контроллерах, в огнестрельном оружии и робототехнике, в гироскутерах и квадрокоптерах, в системах навигации и управления в авиации, на кораблях и в космосе. Современные гироскопы на МЭМС-технологиях могут достигать миллиметровых размеров.

Устройство механического гироскопа

Как мы уже выяснили, гироскопы различаются в зависимости от принципа действия. Волчок, или юла – это простейший вариант механического гироскопа. Если массивный волчок раскрутить до достаточно высокой скорости, он сможет долго простоять в вертикальном положении, пока не затормозится, а также практически не отклоняться по вертикальной оси при применении к нему силы. Волчок не падает благодаря тому, что вращающееся тело стремится сохранить величину своей угловой скорости и направление оси вращения. Свободно вращающийся волчок под воздействием внешней силы отклоняется не в направлении этой силы, а перпендикулярно ей. Это явление называется прецессией.

Рассмотрим устройство на примере чуть более сложного роторного гироскопа с тремя степенями свободы. Подобный гироскоп, способный выполнять роль гирокомпаса, демонстрировал Леон Фуко. Три степени свободы гироскопа обеспечиваются с помощью карданового подвеса. Он состоит из двух колец: большого кольца, которое может вращаться вокруг вертикальной оси, и малого кольца, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Внутри малого кольца закрепляется вращающееся тело – ротор. В результате благодаря кардановой системе подвеса ось ротора может иметь любое направление.

Механический гироскоп в движении

Для начала работы ротор раскручивается: чем быстрее раскручено колесо ротора, тем выше его сопротивление изменениям направления оси вращения. Как бы мы ни вращали все устройство, движущийся внутри него ротор сохраняет направление оси вращения в пространстве.

На этих свойствах вращающегося гироскопа основана работа гирокомпаса. Например, в авиации гирокомпас позволяет определять положение самолета в отсутствие ориентиров. Если самолет кренится в продольной или поперечной плоскости, с помощью гирокомпаса пилот увидит это отклонение по приборам. Кроме того, гирокомпас необходим в работе автопилота.

При очевидной полезности у механического гироскопа есть ряд недостатков. Для его стабильной работы нужны уникальные подшипники и предельная балансировка. Кроме того, на точность показаний влияет неизбежное трение в осях устройства.

Лазерный гироскоп до сих пор на высоте

Избавиться от перечисленных слабых мест механики удалось в гироскопах следующего поколения лазерных. В основе работы лазерного гироскопа – эффект Саньяка, открытый еще в 1913 году. Его суть заключается в том, что время прохождения светового луча по замкнутому контуру зависит от того, покоится или вращается данный контур, а также от направления его вращения. Применить этот эффект в гироскопии удалось только с появлением лазеров. Первые работы по созданию лазерного гироскопа были начаты практически одновременно в США и СССР. В 1962 году американские ученые В. Мацек и Д. Девис создали и запустили первый макетный образец лазерного гироскопа на базе кольцевого газового He-Ne-лазера. В середине 1963 года аналогичный результат был достигнут советскими учеными Л.Н. Курбатовым (НИИПФ) и В. Н. Курятовым (НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха, сегодня входит в холдинг «Швабе» Ростеха).

Бесплатформенная навигационная система БИНС-СП-1 с лазерным гироскопом

Впоследствии наиболее значимые разработки лазерных гироскопов были организованы в НИИ «Полюс» под руководством его основателя М.Ф. Стельмаха, а начиная с 1969 года запущено промышленное производство и поставки серийных образцов.

Сегодня применяются лазерные гироскопы трех основных типов – вибрационный, фарадеевский и зеемановский. У первого частотная подставка основана на механическом реальном вращении гироскопа путем угловых вибраций, у второго и третьего – на искусственном, электрически управляемом расщеплении частот встречных волн в гироскопе. Лазерные гироскопы используются в составе инерциальных навигационных систем, позволяющих определять местоположение самолета без опоры на внешние источники информации.

Помимо НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха на сегодняшний день масштабными производителями лазерных гироскопов являются Раменский приборостроительный завод и Тамбовский завод «Электроприбор», входящие в «Концерн Радиоэлектронные технологии». Их гироскопы применяются в навигационных устройствах, которые устанавливаются на десятки моделей российских самолетов и вертолетов. Несмотря на общую тенденцию к миниатюризации техники и на совершенствование гироскопов на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС-технологии), лазерные гироскопы в силу своей высокой точности продолжают доминировать на рынке навигационных устройств.

Как работает гироскоп | Телеканал Наука

Для успокоения морской качки, передвижении на гироскутере и ориентации картинки в телефоне служат совершенно разные устройства с общим названием — гироскопы.

Подборка видеороликов поможет вам разобраться в принципах работы современных систем стабилизации:

Механические гироскопы

Вращение придает объекту стабильность в пространстве, этот принцип используют детский волчок, тарелочка-фрисби и пуля нарезного оружия. Любой из этих предметов можно назвать гироскопом, противодействующим отклонению от оси вращения.

Если вращающийся объект будет закреплен на оси с несколькими степенями свободы, то получится роторный гироскоп. Как только ротор будет раскручен, его ось приобретает устойчивость в пространстве и старается сохранить ориентацию, заданную в начальный момент.

Чем больше масса ротора и скорость его вращения, тем выше способность такого гироскопа сохранять заданное положение главной оси. Так, установка успокоения качки для 10-метровой лодки в сборе весит около 350 кг и имеет ротор, вращающийся со скоростью от 6000 до 10 000 об/мин.

Такие стабилизаторы требуют очень высокой точности изготовления, потребляют значительное количество энергии и издают шум при работе. Все это сказывается на цене и ограничивает их применение в быту. Зато они незаменимы в случаях, когда стабилизируемый объект не имеет возможности опираться на какую-либо поверхность — в воде, воздухе и космическом пространстве.

Электромеханические гироскопы

Моноколеса, стабилизаторы для камер и даже смартфоны также оснащены гироскопами, но их системы работают по совершенно иному принципу. В их основе лежат микроэлектромеханические системы — это микросхемы со встроенным датчиком инерции, которые способны переводить его механические перемещения в электрические импульсы. Общий принцип действия можно понять из следующего ролика.

Управляющие системы по показаниям таких датчиков вычисляют текущее положение объекта и стабилизируют его при помощи электромоторов. Принцип работы хорошо виден на примере стабилизатора для видеосъемки. При просмотре ролика можно включить субтитры с переводом на русский.

Что такое гироскоп? Гироскоп в телефоне

Существует огромное количество изобретений, которые характеризуются длинной и весьма богатой историей использования в различных приборах и устройствах. Часто можно услышать название чего-либо, но даже не иметь представления о том, для чего оно предназначено. Именно так и возникает вопрос, что такое гироскоп? Стоит в нем разобраться.

Основное определение

Гироскоп представляет собой навигационный прибор, в котором в качестве основного элемента используется быстро вращающийся ротор, закрепленный таким образом, чтобы его ось вращения поворачивалась. Две рамки карданова подвеса обеспечивают три степени свободы. При отсутствии каких-либо внешних воздействий на устройство ось собственного вращения ротора сохраняет в пространстве постоянное направление. Если на него оказывает воздействие момент внешней силы, которая стремится повернуть ось собственного вращения, то она начинает свое движение не вокруг направления момента, а вокруг оси, находящейся перпендикулярно по отношению к нему.

Особенности устройства

Если говорить о том, что такое гироскоп, то стоит отметить, что в качественно сбалансированном и достаточно быстро вращающемся приборе, установленном на высокосовершенных подшипниках, с малым трением практически отсутствует момент внешних сил, поэтому устройство способно сохранять свою ориентацию в пространстве почти неизменной. Поэтому он способен указывать угол поворота основания, на котором его закрепили. Именно так впервые было наглядно продемонстрировано вращение Земли французским физиком Ж. Фуко. Если ограничить поворот оси специальной пружиной, то при установке прибора на летательном аппарате, который выполняет разворот, гироскоп будет деформировать пружину до тех пор, пока момент внешней силы не уравновесится. В данном случае сила растяжения или сжатия пружины будет пропорциональна угловой скорости движения летательного аппарата. По такому принципу работает авиационный указатель поворота и многие другие гироскопические приборы. Так как в подшипниках создается очень малое трение, чтобы поддерживать вращение ротора гироскопа, не требуется больших затрат энергии. Обычн, для его приведения в движения, а также для поддержания этого движения достаточно электродвигателя малой мощности либо струи сжатого воздуха.

Гироскоп: применение

Чаще всего этот прибор используется в качестве чувствительного элемента для указывающих гироскопических приборов, а также в качестве датчика угла поворота или угловой скорости для устройств, работающих под автоматическим управлением. В некоторых случаях гироскоп может послужить в качестве генератора энергии или момента силы.

На текущий момент принцип работы гироскопа позволяет активно использовать его в авиации, судоходстве и космонавтике. Почти у каждого морского судна дальнего плавания имеется гирокомпас для автоматического или ручного управления судном, а в некоторых используются и гиростабилизаторы. Система управления огнем корабельной артиллерии обычно оснащается множеством дополнительных гироскопов, которые предназначены для обеспечения стабильной системы отсчета или для измерения угловых скоростей.

Если вам понятно, что такое гироскоп, то следует понимать, что без него просто немыслимо автоматическое управление торпедами. Вертолеты и самолеты тоже обязательно оборудуются этими приспособлениями для того, чтобы давать надежную информацию о деятельности систем навигации и стабилизации. К таким приборам можно отнести авиагоризонт, гироскопический указатель поворота и крена, гировертикаль. Если рассматривать вертолет с гироскопом, то тут этот прибор может служить как в качестве указывающего устройства, так и в качестве датчика автопилота. Многие самолеты оснащены гиростабилизированными магнитными компасами и прочим оборудованием – фотоаппаратами с гироскопами, гиросектантами, навигационными визирами. В военной авиации активно используются гироскопы в качестве составных элементов в прицелах бомбометания и воздушной стрельбы.

Применение в современных гаджетах

Итак, если рассматривать, что такое гироскоп, то следует заметить, что этот прибор активно используется не только в указанных ранее сферах. Современные смартфоны и планшеты оснащены массой дополнительных функций и модулей, при этом некоторые оказываются очень даже полезными, а иные могут мешать комфортному использованию устройства, раздражая пользователей. Одним из них является гироскоп в телефоне, что это становится понятно, когда вы будете пользоваться своим аппаратом. С одной стороны, он оказывается очень даже полезным, хотя с другой – большинство пользователей предпочитают просто отключать его.

Сначала необходимо определиться с тем, что это за устройство и каким функционалом оно характеризуется. Итак, гироскоп в телефоне – что это? Этот элемент необходим для определения того, как ориентирован прибор в пространстве. В некоторых случаях этот датчик можно применить для защиты отдельных элементов устройства от падения в будущем. Фактически данный датчик предназначен для определения смены положения, а при наличии акселерометра – и ускорения при падении. Затем информация передается вычислительному блоку гаджета. При наличии определенного программного обеспечения прибор принимает решение о том, как ему следует реагировать далее на изменения, произошедшие с ним.

Для чего еще он нужен?

Итак, если с вопросом, что такое гироскоп, становится все понятно, то остается выяснить, зачем его используют в телефонах. Защита внутренностей тут не является единственной задачей. В сочетании с разнообразным софтом на него ложится целый ряд различных функций. К примеру, смартфон может использоваться для игр, в которых управление осуществляется посредством наклонов, встряхивания или поворотов прибора. Подобное управление позволяет сделать игры поистине увлекательными, благодаря чему они пользуются повышенным спросом.

Интересные особенности

Можно отметить, что продукция компании “Эппл” оснащается гироскопами, и они играют весьма значимую роль, так как к ним привязана работа многих приложений. Под него специально разработали режим, получивший название CoverFlow. Существует очень большое количество приложений, работающих в данном режиме, однако можно остановиться на нескольких, наиболее наглядно демонстрирующих его. К примеру, если на iPhone использовать калькулятор, то в портретном положении пользователю будут доступны только простые действия, а именно: сложение, вычитание, деление и умножение. Но при повороте устройства на 90 градусов все изменится. Калькулятор при этом переключается в расширенный режим, то есть инженерный, в котором функций будет доступно гораздо больше.

Если вам понятно, как работает гироскоп, то следует отметить, что его функции могут использоваться и для определения собственного местоположения на местности.

Можно просматривать на таком приборе карту местности с применением GPS-навигации, и в этом случае карта всегда будет поворачиваться в ту сторону, куда направлен ваш взгляд. Поэтому, если вы стоите лицом, к примеру, к речке, то это отобразится на карте, а если повернетесь, то изменится и положение карты. Благодаря этому ориентирование на местности значительно упрощается и может стать достаточно полезно людям, увлеченным активным отдыхом.

Проблемы с гироскопом в телефоне

Можно сказать и о недостатках, присущих гироскопам. Очень часто их отключают из-за того, что программы реагируют на изменение положения в пространстве с некоторым запозданием. К примеру, если вы решили почитать, лежа на диване, с экрана смартфона или планшета, то гироскоп и программа, связанная с ним, будут менять ориентацию страницы каждый раз, когда вы будете поворачиваться или смените позу. Это причиняет много неудобств, так как очень редко устройство способно правильно интерпретировать положение в пространстве, а ситуация усугубляется из-за запоздалой реакции программы.

Современные разновидности

Первые гироскопы были механическими. Этот вид устройств используется и сейчас, но с некоторыми усовершенствованиями, позволяющими сделать их более полезными. На данный момент существует лазерный гироскоп, который лишен недостатков, свойственным механическим. И именно такой прибор используется в современной технике.

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

Вообще гирокомпасы можно изготовить на основе любых гироскопов: механических, волоконно-оптических и лазерных. Однако существующие механические и волоконно-оптические гироскопы имеют ряд недостатков. Механические динамически настраиваемые гироскопы хотя и обладают высокой точностью, но чувствительны к механическим ударным перегрузкам и климатическим воздействиям [1]. Волоконно-оптические гироскопы не обеспечивают необходимую для гирокомпасов стабильность смещения нуля и масштабного коэффициента в нужном диапазоне температур [2]. Сегодня оптимальными приборами с точки зрения цены и качества считают лазерные гироскопы.
Возможность создания гирокомпаса на лазерном гироскопе впервые обсуждалась уже в конце 60–70-х гг. прошлого века в работах [3,4,5]. Однако реализовать идею не удалось из-за несовершенства конструкции и больших габаритов лазерных гироскопов. Сейчас же появилась возможность создавать конкурентоспособные ЛГ.
Рассмотрим лазерные гироскопы двух типов. В первом задействован высокодобротный механический виброподвес лазера для преодоления “мертвой” зоны гироскопа и линеаризации его выходной характеристики. Существенный недостаток таких приборов – прецессия оси чувствительности гироскопа и ее чувствительность к механическим перегрузкам. Второй тип лазерных гироскопов имеет монолитную конструкцию, полностью лишенную каких-либо подвижных частей. Чтобы преодолеть “мертвую зону” в этом типе гироскопа применено магнитооптическое управление на основе эффектов Зеемана или Фарадея. Лазерные гироскопы второго типа чрезвычайно перспективны. Именно поэтому авторы использовали для создания опытных образцов ЛГ усовершенствованный одноосный лазерный гироскоп на эффекте Зеемана – ДУП-4. Здесь описана оптимальная конструкция гирокомпаса на лазерном гироскопе. Мы также проанализировали погрешности измерений азимута с помощью ЛГ.
Параметры лазерного гироскопа ДУП-4

В работе использовался экспериментальный образец одноосного лазерного гироскопа ДУП-4 (рис. 1), разработанный в научно-производственной фирме “Кварк” [6]. Гироскоп состоит из зеемановского лазерного датчика ЗЛК-16 и схемы управления датчиком. Схема включает преобразователь в кодовые посылки для персонального компьютера (ПК) через порт RS-485. Внешний корпус гироскопа выполнен из трехслойного пермаллоевого магнитного экрана в форме цилиндра диаметром 105 мм и высотой 116 мм.
За счет относительно небольшого энергопотребления (13 Вт) гироскоп может работать непрерывно неограниченное время, выходя на стационарное значение смещения нуля с остаточным дрейфом на уровне 0,01 град./ч. Основные характеристики гироскопа приведены в табл. 1.
Устройство и параметры ЛГ 9А184

ЛГ марки 9А184 выпускают несколько предприятий: НПП “Сапфир-КНС” (Москва), НПФ “Кварк” (Москва), НПП “Гирос” (Москва), Объединение “Исток-ЭОС” (Фрязино). Данный прибор определяет азимут (угол между выбранным направлением и направлением на Север) и углы наклона относительно плоскости местного горизонта. Измерения производят во время остановок, т. е. компас должен находиться в статическом положении.
Технические характеристики 9А184 приведены в табл. 2, а внешний вид на рис. 2.
ЛГ состоит из блока измерений (БИ), представляющего собой моноблок с пылевлагонепроницаемым кожухом, и пульта автономного управления (ПАУ). ПАУ является дополнительным оборудованием и служит для индикации измеренных значений наклонов и азимута.
БИ включает в себя:
· лазерный гироскоп ДУП-4;
· устройство поворота ДУП-4 – поворотную платформу, которая фиксируется в 16 рабочих положениях через угол 22,5°±5″ при помощи магнитной муфты;
· шаговый электродвигатель для поворота платформы;
· 2 акселерометра АК5-50А;
· энкодер – датчик углового положения поворотной платформы;
· модуль микроконтроллера Octagon 6040 – управляет процессом измерения и расчета азимута, углов крена и тангажа;
· адаптер RS232C-RS485 – связывает блок измерений с ПАУ и модуль микроконтроллера Octagon 6040;
· адаптер RS232C-RS485 – связывает блок измерений с внешним ПК при работе по протоколу RS-485;
· плату питания и коммутации, которая обеспечивает работу всех устройств и преобразует цифровые сигналы микроконтроллера в сигналы управления работой шагового электродвигателя и магнитной муфты.

ПАУ включает в себя:
· дисплей, где отображаются вводимые оператором данные, служебная информация и результаты измерений;
· клавиатуру, с помощью которой оператор вводит необходимую информацию;
· модуль процессорный CPU-188-5BS, управляющий вводом-выводом и обменом данными с БИ.

В следующей модификации ЛГ 9А184М – размеры блоков и вес уменьшены на 15%, а объем снижен в 1,5 раза. Характеристики 9А184М приведены в табл. 3.

Принцип работы и анализ погрешностей ЛГ
Рассмотрим принцип работы ЛГ (рис. 3). Задача ЛГ – определение угла g между проекцией измерительной оси гирокомпаса (ИО ГК) в плоскости местного горизонта и направлением на север. В общем случае ИО ГК наклонена к плоскости горизонта на угол b. Лазерный гироскоп и акселерометр установлены на поворотной платформе с возможностью фиксации в нескольких положениях, причем оси чувствительности (ОЧ) гироскопа и акселерометра совпадают и перпендикулярны оси вращения платформы. При повороте платформы ОЧ перемещается в измерительной плоскости (ИП) гирокомпаса. В первом из фиксированных положений платформы ИО ГК и ОЧ совпадают.
ЛГ включается либо по команде с ПАУ, либо от внешнего ПК. Измерения проводят в три этапа. На первом этапе измеряют проекции угловой скорости вращения Земли и угол наклона при исходном положении ОЧ, совпадающем с ИО ГК, и определяют предварительный азимут. Модуль микроконтроллера Octagon 6040 считывает показания энкодера и регистрирует реальное угловое положение поворотной платформы. Затем в течение 10 с. измеряют наклоны платформы и накапливают показания гироскопа. По ним рассчитывают предварительный азимут ОЧ. Если направление ОЧ лазерного гироскопа не совпадает с направлением “запад-восток”, то дается команда на шаговый электродвигатель, который устанавливает поворотную платформу в оптимальное положение. На втором этапе измеряют проекции угловой скорости вращения Земли и угол наклона при ОЧ, зафиксированной в положении, которое близко к направлению “запад-восток” (“восток-запад”) и определяется по предварительному азимуту. В направлении “запад-восток” в течение 230 с накапливаются показания гироскопа. На третьем этапе ОЧ фиксируют в положении, повернутом на угол 180°. После чего в течение 230 с повторно производится накопление показаний датчика. По накопленным показаниям угловой скорости рассчитывается азимут, и результат выдается на дисплей ПАУ или во внешний ПК. После передачи результата поворотная платформа возвращается в исходное положение.
Оценим погрешности измерений с помощью ЛГ. При втором и третьем положениях ОЧ (назовем их “+” и “-“) проекции скорости вращения Земли на ОЧ составляют:

… (1)

где WЗ =15,04 град/ч – угловая скорость вращения Земли, g – азимут ИО ГК, j – широта места точки измерения, b – угол между ИО ГК и плоскостью горизонта, a – угол между осью, перпендикулярной ИО ГК и плоскостью горизонта.
Выходной сигнал гироскопа состоит из двух составляющих (с учетом масштабного коэффициента):

… (2)

Здесь Wg – дрейф нуля гироскопа, в общем случае меняющийся во времени, в том числе и случайным образом. Процесс измерения ЛГ занимает в каждом из измерительных положений ОЧ (“+”,”-“) одинаковый интервал времени Т; измерения проводят последовательно с минимальным разрывом во времени.
За каждый интервал Т компьютер гирокомпаса принимает от гироскопа измеренный угол Q, равный:
…(3)
Абсолютные значения проекции скорости вращения Земли WПЗ+ и WПЗ- равны друг другу, а знаки противоположны (с точностью до ошибок устройства реверса оси чувствительности гироскопа). Знак и значение дрейфа нуля гироскопа не зависят от направления ОЧ гироскопа, за исключением влияния магнитного поля Земли (до 0,8 Э при установке гирокомпаса на автомобиле). Учитывая эти свойства гироскопа, легко найти разницу в измерительных углах гирокомпаса DQ для двух периодов измерения Т (временным разрывом между измерениями пренебрегаем):
…(4)

где – ошибка ЛГ в первичном
накопленном измерительном угле из-за непостоянства скорости дрейфа нуля гирокомпаса.
Углы b и a определяются при измерениях проекций местного ускорения свободного падения g на ОЧ акселерометра, совпадающую по направлению с ОЧ гироскопа.
В общем случае выходной сигнал акселерометра в положениях “+” и “–” равен:

… (5)

В начальном положении выходной сигнал акселерометра равен:
… (6)

где ао – смещение нуля акселерометра в начальном положении.

Из уравнений (5) и (6) определяем углы b и a:

… (7)

где Daо = aо+ – aо- – случайная составляющая смещения нуля акселерометра.

Соответственно
… (8)

Из уравнений (1), (4), (7), (8) легко найти значение азимута измерительной оси ЛГ g :
…(9)
Проведем оценку погрешностей измерения азимута. Суммарная величина ошибки определения угла может быть выражена как:
… (10)
где DgWш – ошибка, связанная с дрейфом гироскопа, включая влияние магнитного поля Земли,
Dgj – ошибка, связанная с неточностью определения широты места ,
Dgba – ошибка, связанная со смещением нуля акселерометра,
Dgп – ошибка, связанная с отличием угла между положениями “+” и “-” от 180°. Очевидно, что Dgп определяется точностью изготовления поворотного устройства.
Рассмотрим ошибку, связанную с дрейфом гироскопа. Функция дрейфа Wg(t) хорошо описывается суперпозицией линейной монотонной составляющей и случайной составляющей (шум):

…(11)

где |Wgш(t)| << |Wgo + At|.
Отсюда следует, что ошибка DQ для линейной формы средней составляющей функции дрейфа гироскопа определяется только небольшой немонотонной остаточной случайной составляющей:
…(12)
Из (9) найдем ошибку, связанную с дрейфом гироскопа. Для упрощения оценки принимаем, что азимут g, углы наклона к горизонту a и b мало отличаются от 0 (это обычно выполняется при правильной установке гирокомпаса).
Тогда g @ sin g , а DgWш определяется по формуле:
…(13)
где S – магнитная чувствительность дрейфа гироскопа.
Очевидно, что ошибка существенно возрастает при измерениях в высоких широтах (j ® 90°).
Проанализируем ошибки, связанные с неточностью определения широты места Dgj. Вводимая в (9) широта места j равна jист. + Dj, где jист. – истинная широта места, Dj – ошибка определения широты места. Учтем, что углы наклона к горизонту a и b мало отличается от 0. Тогда Dgj определяется по формуле:
…(14)
Учтем, что Dj является малой величиной. Тогда tg Dj » Dj, а cos Dj » 1. Тогда:
… (15)
Таким образом, ошибка возрастает в более высоких широтах (j ® 90°), а также с ростом накопленного угла DQ (т.е. отклонения ОЧ от направления “запад-восток” и увеличением наклона вниз).
Ошибка измерения наклона зависит от шумовой составляющей смещения нуля акселерометра. Для малых углов a и b ошибка измерения углов наклона равна:

… (16)

По формуле (9) с учетом (16) получим:
. (17)
Очевидно, что ошибка быстро возрастает в высоких широтах (j ® 90°).
Проведем численную оценку ошибки определения направления на cевер для лазерного гирокомпаса 9А184. Погрешность DgП не превышает 30″.
Лазерный гироскоп ДУП-4 (см. табл.1) в условиях компенсации постоянной составляющей дрейфа за счет поворота оси чувствительности имеет случайную составляющую дрейфа Wgш = 0,01 град. /ч и магнитную чувствительность 0,007 град./ч·Э. Для широты места 70° из формулы (13) получим DgWш = 8,7′.
Точность определения широты места Dj лимитирована точностью спутниковых навигационных систем. Согласно [7], горизонтальная ошибка местоопределения по уровню 3s (s – средняя квадратичная ошибка горизонтального местоопределения) не превышает 100 м, что соответствует Dj = 3,6″. Приняв максимальную широту точки стояния j =70°, угол наклона a = 10°, максимальное отклонение ОЧ от направления “запад-восток” 10°, по формуле (15) рассчитаем значение Dj = 2,9″.
Используемый акселерометр АК5-50А имеет случайную составляющую смещения нуля Dао/g =10-4. Тогда для j = 70° с помощью (17) получим Dgba = 0,9′.
С помощью (10) рассчитаем общую ошибку:

Как и ожидалось, основной вклад в ошибку дает случайная составляющая дрейфа гироскопа. Вторая по значимости – ошибка из-за неточности измерения наклонов, на третьем месте – допуски изготовления поворотной платформы.
Тенденции дальнейшего развития ЛГ

Сейчас появляются новые способы улучшить качество зеемановских ЛГ с магнитной частотной подставкой. Новый зеемановский лазерный гироскоп ДУП-4М работает в четырехчастотном режиме. Этот режим полностью исключает магнитную составляющую дрейфа, поскольку для каждой пары мод генерации она одинакова, но противоположна по знаку и легко вычитается при совместной обработке показаний ЛГ на двух парах мод генерации. В результате дрейф Wgш уменьшается до 0,004 град./ч, а точность измерения азимута улучшается до 3′ при том же времени осреднения (8 мин) и без изменения массы, габаритов и стоимости.
Специально для прецизионных измерений разрабатывается новый четырехчастотный зеемановский лазерный гироскоп повышенной точности. Он отличается большим периметром резонатора (увеличение в 1,7 раза) и точностью в режиме реверса оси чувствительности Wgш не хуже 0,001 град./ч, при ее вкладе в ошибку гирокомпасирования DgWш до 40″. Акселерометры (АК-6, ДА-11, ДА-15) позволяют уменьшить ошибку измерения наклонов до 2–3″. В этом случае возрастает роль случайной составляющей рассогласования углов фиксации оси ЛГ Dgп. Здесь можно применить алгоритмическую коррекцию случайной составляющей рассогласования углов фиксации и оси гирокомпаса Dgп, а также несколько увеличить размер поворотной платформы. Таким образом уменьшается угловая ошибка фиксации. Предварительные эксперименты доказали, Dgпр можно стабилизировать на уровне 10″. Пределы результирующей точности определения азимута, предположительно, составят 50–55″ при общей массе ЛГ не более 20 кг.

Литература
1. Ермаков В.С., Максимов А.Г., Крупнов В.Ф.,
Дедок И.А.”О применении модуляционного гироскопа в судовом гирокомпасе”. IX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. – С.-Пб., 2002.
2. Голяев Ю.Д., Колбас Ю.Ю., Телегин Г.И. Нестабильность и нелинейность выходных характеристик волоконно-кольцевых интерферометров. – Квантовая электроника, 1990, вып. 17, №1.
3. Богданов А.Д. Гироскопы на лазерах. – М.: Воениздат, 1973.
4. Бромберг П.В. Теория инерциальных систем навигации. – М.: Наука, 1979.
5. Закатов П.С. Курс высшей геодезии. – М.: Недра, 1976.
6. Голяев Ю.Д., Дмитриев В.Г., Зверев Г.М. Лазерные гироскопы второго поколения. – Военный парад, 2003, №3(57).
7. Харисов В.Н., Петров А.И., Болдин В.А. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. – М: ИПРЖР, 1999.

Что такое гироскопы и как они работают?

Гироскопы применяются для расчета и контроля положения тела относительно опорная плоскость в трехмерном пространстве. Ниже приведены применения гироскопа в различных отраслях промышленности:

1. Навигационные компасы

Механические гироскопические компасы широко используются на больших кораблях для определения фактического северного положения. Гирокомпас определяет направление на север, учитывая ось вращения Земли.А ферромагнитные материалы не влияют на их функцию. Поэтому гирокомпасы более точны и надежны, чем магнитный компас.

2. Помощь в стабилизации

Механические гироскопы могут стабилизировать большие свободно движущиеся тела с помощью гироскопических сил. Например, гироскопы помогают стабилизировать

  • Самолеты во время турбулентности
  • Самоуправляемые велосипеды.
  • Большие здания
  • Ховерборд (самобалансирующийся скутер)
  • Поддерживайте равновесие большого корабля во время грозы.

3. В локализации

МЭМС-гироскопы с другими датчиками (GPS, датчик давления и акселерометр) имеют приложение для определения фактического положения и ориентации твердого тела в свободном пространстве.

4. Определение ориентации продукта

МЭМС-гироскопы используются для определения ориентации тела в свободном пространстве. Например, гироскопические датчики применяются в следующих продуктах:

  • Квадрокоптеры, самолеты и фактическое положение роботов.
  • Используется в смартфонах для определения ориентации и поворота смартфона.
  • Виртуальная реальность, очки дополненной реальности и другие товары.

5. В смартфонах

МЭМС-гироскоп имеет следующие приложения в смартфонах.

  • Когда мы поворачиваем смартфон, видео на ютубе тоже поворачивается само, если включен автоповорот. Мы реализуем эту функцию, потому что гироскопический датчик смартфона передает информацию о вращении смартфона процессору смартфона.Мы не можем получить эту функцию поворота экрана без датчика гироскопа.
  • GPS вместе с гироскопом и акселерометром используется в смартфонах для определения точного местоположения.
  • В некоторых играх для смартфонов в качестве управляющего датчика используется гироскоп.
  • Google Fit использует акселерометр вместе с гироскопом для отслеживания действий пользователя.

Все, что вам нужно знать

Иногда прецессия нежелательна, поэтому два гироскопа, вращающихся в противоположных направлениях, вращаются на одной оси. используются.Также можно использовать кардан. ПОДВЕСНОЙ ГИРОСКОП Свойство прецессии представляет собой естественное движение вращающихся тел, где вращающееся тело не имеет замкнутой оси ни в одной плоскости. Еще интересным примером гироскопического эффекта является то, что ось заключена в одном самолет с помощью карданного подвеса. Гироскопы на подвесе сопротивляются только изменению наклона их ось. Ось перемещается на определенную величину с заданной силой.

Краткое объяснение того, как работает гироскоп на карданном подвесе

На рис. 4 показан упрощенный гироскоп, закрепленный в плоскости, перпендикулярной сила наклона. Когда обод вращается в плоскости шарнира, вся энергия передаваемая на обод наклоняющей силой, механически останавливается. Обод затем поворачивается обратно в плоскость силы наклона, где он будет ускоряться еще раз. Каждый раз, когда обод ускоряется, ось движется по дуге в опрокидывающая силовая плоскость. Нет изменения оборотов обода вокруг оси. Гироскоп — устройство, обеспечивающее плавный переход импульса из одной плоскости на другую плоскость, где две плоскости пересекаются по оси.

Более подробное объяснение того, как работает гироскоп на карданном подвесе

Здесь я пытаюсь показать, насколько ось будет вращаться вокруг оси на карданном подвесе.То есть, как быстро он вращается в направлении силы наклона.

На рисунке 4 плоскость прецессии в примере с карданным подвесом функционирует иначе. чем в приведенном выше примере рисунков 1-3, и я переименовал его в «остановить плоскость силы наклона». Точечные массы на ободе являются единственной массой гироскопа. система, которая рассматривается. Эффект массы и гироскопа оси игнорируется.

Сначала рассмотрим только обод, левую половину. Точечные массы внутри «остановить наклоняющую плоскость» делят половину своей массы по обе стороны от плоскости и прибавьте их общую массу 1/4 кг к точечной массе А, равной 1/2 кг. Итак, тогда общая масса слева – это общая масса всех 4 точечных масс, или 1кг. Наклоняющая сила очень сильно изменит положение точечных масс B и D. немного и изменит положение точки массы A больше всего.Поэтому мы должны использовать среднее расстояние от оси всей массы с левой стороны.

Масса с левой стороны 1 кг. Среднее расстояние, на котором находится масса от “остановить опрокидывающую силу” плоскости составляет 1/2 метра. На рис. 5 показан профиль средняя масса в плоскости наклона и среднее расстояние от оси, находится масса. Нас интересует, насколько далеко масса в среднем расстояние будет вращаться в плоскости наклона, когда заданная сила приложена к оси в указанном направлении.

Точечная масса А вращается со скоростью 5 оборотов в секунду. Это означает, что это подвергается опрокидывающей силе всего 0,1 секунды. Сила наклона 1 Ньютон, если его приложить в течение 0,1 секунды, вызовет массу на среднем расстоянии переместиться на 0,005 метра по дуге в плоскости опрокидывающей силы. Поскольку длина ось в два раза длиннее среднего расстояния массы обода, ось поедет .01 метр по дуге. В конце 0,1 секунды точечная масса будет в «остановке опрокидывающей плоскости» и вся энергия передана точке масса A теряется из-за физического ограничения подшипников карданного подвеса.

То же самое происходит, когда точка массы A находится на правой стороне рисунка 4. Только теперь сила наклона будет перемещать точку массы A вниз, а ось будет продвигаться вперед. еще один .01метр. 0,01 метр каждую 0,1 секунду — это еще не все, потому что масса на правой стороне гироскопа не учитывалась. Правая сторона имеет такая же масса, как и левая, и оказывает такое же влияние на ось, как и левая сторона. делает. Таким образом, ось выдвинется вдвое меньше, на половину 0,01 метра или на 0,005 метра. Обе половины массы обода пройдут через ограничитель плоскости опрокидывающей силы. 10 раз за одну секунду.Каждый раз, когда половина обода проходит через «стоп опрокидывающей плоскости”, он теряет весь свой импульс, который был добавлен кренящей сила. Масса должна снова испытать ускорение, поэтому мы постоянно вычисляем эффект, который 1 Ньютон оказывает на 0,1 секунды на массу обода в среднем расстояние, 10 раз в секунду. Итак, тогда; в момент, когда сила в 1 ньютон применяется, ось будет двигаться по дуге со скоростью 5 см в секунду.Гироскоп будет вращаться при 0,48 об/мин в плоскости опрокидывающей силы.

Какое значение имеет скорость обода на дистанции что ось будет вращаться по дуге в плоскости опрокидывающей силы?

Гироскоп будет вращаться в плоскости силы наклона вдвое медленнее, чем скорость обода. удваивается.

Что произойдет, если масса обода увеличится вдвое?

Гироскоп будет вращаться в плоскости силы наклона вдвое медленнее, если масса обода удваивается

Как диаметр обода влияет на вращение при опрокидывающей силе самолет?

Гироскоп будет вращаться в плоскости силы наклона вдвое медленнее, чем обод. диаметр удваивается

Математика гироскопа на карданном подвесе

1 Ньютон = 1 килограмм 1 метр сек.2

время, в течение которого масса обода подвергается действию опрокидывающей силы в 5 оборотов в секунду составляет 10 раз в секунду или 1/10; .1 сек

Расстояние, d, масса пройдет за 0,1 сек
d = X 1 м/сек 2 X (0,1 сек) 2 ; = Х 1м/с 2 Х 0,01 сек 2 = 0,005 метра

Ось в два раза длиннее расстояния от среднего расстояния, на которое масса обода рассчитывается из . 005 х 2 = 0,01 метра

Теперь рассмотрим другую сторону гироскопа, на которую действует тот же самый 1 Ньютон. сила.
0,01 м / 2 = 0,005

Сила будет десять раз в секунду ускорять массу обода от относительная скорость 0м/сек.
10 х 0,005 м = 0,05 м; или 5 сантиметров

Несколько лет назад в новостях рассказывали о человеке, который использовал гироскоп, чтобы производить больше энергии, чем требовалось для поддержания вращения гироскопа.Он использовал излишки корабля направленный гироскоп. Я думаю, что он использовал свойство прецессии, чтобы бежать генератор.
Если его не трогать, гироскоп на поверхности Земли будет вращаться на 360 градусов. раз в 24 часа. Верхняя часть гироскопа обычно направлена ​​на запад. Но если верхняя ось держалась так, что она не могла вращаться с востока на запад из-за прецессии, гироскоп будет вращаться на север и юг в зависимости от направление вращения обода.Гироскоп будет вращаться из-за прецессии до тех пор, пока он достигает 90 градусов с его осью, указывающей на север и юг. Тогда это было бы в той же плоскости, что и вращение Земли и гироскопическая прецессия. остановка. Чтобы вывести гироскоп из плоскости вращения Земли, достаточно небольшой силы. применить к оси гироскопа, и прецессия вернет ось в исходное положение. исходное положение. Вращение прецессии на 90 градусов было бы намного быстрее, чем вращение противоборствующих сил один раз в 24 часа, но некоторая передача, вероятно, еще нужно для запуска генератора.Генератор будет механически связан к прецессии возвратно-поступательного движения только в одном направлении, поэтому он повернется все время в одном направлении. Количество энергии, необходимое для поддержания гироскопа вращение обода и энергия, необходимая для поворота подвеса на 90 градусов, будет определить общую эффективность.
Это НЕ свободная энергия. Энергия поступает от вращения Земля и, следовательно, скорость вращения Земли замедляется по мере использования энергии. от машины гирогенераторного типа.Если этот метод получения энергии используется в значительной степени дни и ночи стали бы длиннее. Если это должно произойти. позвольте мне быть первым, кто использовал термин «загрязнение вращением» или «движение загрязнение”.

Другие эксперименты с гироскопом

Возможно, есть способ увеличить скорость вращения обода гироскопа. с помощью кратковременной силы наклона оси. Продолжительность действия силы будет гораздо меньше времени, необходимого для того, чтобы обод повернулся на 90°. градусов. Когда обод повернулся на 90 градусов с момента силы наклона была применена впервые, наклоняющая сила была бы преднамеренно изменена на противоположную. Направление что обод вращается, и направление, в котором обод должен был двигаться из-за прецессии теперь близки к одному и тому же.Два движения могут сочетаться и приводить в увеличении скорости вращения обода. Т Чтобы загрузить версию Acrobat (41K): нажмите здесь

Что такое гироскоп и как он работает?

Что такое гироскоп?

Гироскопы иногда противоречат законам физики.Но изначально гироскоп является прекрасным примером поддержки различных законов физики и играет жизненно важную роль в некоторых крупнейших технологических достижениях.

Гироскопы очень интересны, так как они движутся особым образом, бросающим вызов законам гравитации. Он обладает особыми свойствами, которые делают гироскоп очень полезным для навигации.

Гироскопы используются в самолетах, космических станциях и любых объектах, которые движутся или вращаются. В самолете есть целый набор гироскопов с самой важной частью самолета — компасом.На космической станции есть 11 гироскопов, используемых для ориентации относительно Солнца. Также у телескопа «Хаббл» есть набор гироскопов.

В этой статье мы увидим, как работает гироскоп и насколько он важен для современных гаджетов.

Википедия

Что такое определение гироскопа? Что такое гироскопы?

Гироскоп представляет собой устройство, имеющее колесо или диск, установленный таким образом, чтобы он мог быстро вращаться вокруг оси, свободно меняя направление. Это перемещение оси не влияет на наклон крепления.

Может быть, с определением, оно не объясняет, как это работает или почему они так важны? Базовый гироскоп представляет собой вращающееся колесо/диск на оси. Более сложные модели монтируются на металлическую раму или используются наборы подвижных рам или шарниров для максимальной точности устройства.

Так как гироскоп выглядит просто на первый взгляд, но у него есть и интересные движения.

Если колесо не крутится, гироскопы бесполезны, а если попытаться его встать. Он упадет.

Вы можете подумать, что колесо противостоит гравитации. Для этого нужно просто крутить колесо.

Возможно, в детстве вы играли с гироскопом, а может быть, у вас есть Fidget Spinner. Вы мгновенно запоминаете трюки, которые вы делали с ними. Например, вы можете балансировать на пальце.

Также многие пытаются его двигать, а гироскоп сопротивляется движению.

Вы можете попытаться наклонить его под углом, и он попытается подняться в воздух, хотя и вращая подставку. Кроме того, вы можете поднять гироскоп со шнурком, привязанным к одному концу.

Как работает гироскоп?

Объяснение того, как работает гироскоп не сложно не просто понять легко. У него есть способность бросать вызов гравитации по угловому моменту, и это связано с крутящим моментом на диске, который создает прецессию вращающегося диска или колеса, и он имеет ось вращения.

Если вы думаете о вращении, наша Земля является лучшим примером. Поскольку ось вращения Земли лежит под углом к ​​вертикали, и она принадлежит углу, и она описывает окружность, поскольку ось вращения вращается сама по себе.Причиной этого является странный наклон Земли.

Этот эффект заставляет диск или колесо вращаться быстрее в соответствии со вторым законом Ньютона. Это может понять любой, кто хоть немного знает физику.

Причина вызова гравитации заключается в том, что эффективный крутящий момент прилагается к вращающемуся диску по его вектору углового момента. Действие гравитации на самолет и вращающийся диск вызывает отклонение оси вращения. В результате вся ось вращения находит золотую середину между влиянием силы тяжести и ее вектором углового момента.Обратите внимание, что гироскоп не может упасть к центру тяжести различными способами, такими как ваша рука, рама, кардан или стол.

Общим для каждого гироскопа является то, что он не падает по направлению к центру тяжести и имеет интересное свойство, которое мы можем наблюдать в гироскопах.

Википедия

Что такое правило правой руки?

Ученые знают это как правило правой руки для легкого понимания. Для этого правой рукой сделайте прямой угол.После этого вытяните пальцы вместе с радиусом колеса. Теперь, если вы согните кончики пальцев в направлении вращения, ваш большой палец укажет направление углового момента. Поскольку ось колеса будет иметь направление, в котором хочет двигаться вся прялка.

Каковы применения гироскопов?

Гироскоп широко используется в большинстве приложений, которые могут летать, поскольку он может поддерживать одно и то же направление в пространстве, которое подходит для некоторых приложений.

В современных самолетах широко используются инерциальные системы наведения этих устройств. Они используют набор вращающихся гироскопов для контроля и управления направлением полета самолета. Вращающиеся гироскопы установлены в специальных обоймах, которые фиксируют их направление и положение самолета в пространстве.

Клетки этих гироскопов имеют электрические контакты и датчики, которые передают данные пилоту всякий раз, когда самолет кренится или качается. При этом пилот и системы наведения знают точное положение самолетов в пространстве.

Даже у марсохода есть набор гироскопов, он обеспечивает стабильность, а также помогает в навигации. Он также используется в дронах, вертолетах, обеспечивая стабильность и помощь в навигации.

Гироскоп имеет простую конструкцию и является неотъемлемой частью кораблей на воде, космических челноков, вертолетов и самолетов.

Это информация о гироскопе, как он работает, приложениях и т.д.

🔔Надеемся, эта информация поможет вам.Чтобы получить больше новой информации , нажмите кнопку уведомления и получайте регулярные обновления от Unbox Factory .

Теперь, если вы считаете эту информацию полезной, поделитесь ею со своими друзьями, семьей и коллегами.

Если вам нравится этот пост, сообщите нам об этом в комментариях ниже, если вы хотите добавить дополнительную информацию по этой теме, прокомментируйте информацию. Мы рассмотрим информацию, если она актуальна.

Спасибо, что прочитали.

Как работает гироскоп? – Рампфестудсон.ком

Как работает гироскоп?

Гироскоп представляет собой прибор, состоящий из колеса, закрепленного на двух или трех шарнирах, обеспечивающих поворотные опоры, позволяющие колесу вращаться вокруг одной оси. Колесо реагирует на силу, приложенную к входной оси, силой реакции на выходную ось.

Каковы принципы работы гирокомпаса?

Работа гирокомпаса зависит от четырех явлений: (1) гироскопической инерции, которая позволяет ротору сохранять направление своей плоскости вращения до тех пор, пока внешняя сила достаточной амплитуды не изменит его направление; (2) гироскопическая прецессия, вызывающая движение под углом 90° к любой приложенной силе; (3) сила тяжести; …

Как работает гироскоп физика?

Гироскоп прецессирует вокруг вертикальной оси, так как крутящий момент всегда горизонтален и перпендикулярен L. Если гироскоп не вращается, он приобретает угловой момент в направлении крутящего момента (L = ΔL) и вращается вокруг горизонтальной оси, падая, как и следовало ожидать.

Каковы свойства гироскопа?

Когда колесо вращается, гироскоп обладает двумя особыми свойствами: жесткостью и прецессией. Жесткость — это способность гироскопа удерживать свою ось, указывающую в фиксированном направлении в пространстве, если только на нее не действует внешняя сила (также известная как гироскопическая инерция).

Что такое гироскопический повторитель?

существительное. навигационный компас, управляемый гироскопом, который автоматически указывает истинный север. Также называется повторителем.

Что такое формула гироскопа?

Угловая скорость прецессии определяется выражением ωP=rMgIω ω P = r M g I ω , где r — расстояние от оси вращения до центра масс гироскопа, I — момент инерции вращающегося диска гироскопа, M — его масса, ω — угловая частота диска гироскопа.

Какая наука стоит за гироскопом?

Объект, предоставленный для свободного движения, будет двигаться по прямой. Вращение колеса гироскопа можно представить как сочетание двух колебаний, перпендикулярных друг другу. Каждое из этих колебаний остается на одной и той же линии, что делает плоскость, определяемую двумя перпендикулярными линиями, неподвижной плоскостью.

Что такое прецессия в гироскопе?

Прецессия описывает изменение направления оси вращающегося объекта, то есть в данном случае изменение оси вращения гироскопа.

Гироскоп бросает вызов гравитации?

Почему гироскопы бросают вызов гравитации? Может показаться, что они бросают вызов гравитации, но это не так. Этот эффект связан с сохранением углового момента.

Что такое гироскопический принцип?

Принципы гироскопии. Основной характеристикой гироскопа, которая делает его пригодным для использования в приборах ориентации, является жесткость в пространстве. Вторичным гироскопическим принципом, который необходимо понять и при необходимости компенсировать, является прецессия.Объяснение терминов следующее: Жесткость в пространстве

Каково практическое применение гироскопа?

Гироскоп имеет множество практических применений. На самом деле, большинство устройств с вращающимися колесами представляют собой гироскоп! Некоторые виды использования, связанные с воздухом и космосом, включают измерение изменений ориентации в самолетах и ​​изменение ориентации спутников и космических аппаратов. Кроме того, многие обычные объекты извлекают выгоду из гироскопического движения, например колеса велосипедов и мотоциклов, фрисби, йо-йо, футбольные мячи и вращающиеся конькобежцы.

Каков принцип работы гироскопической пары?

Гироскопическая пара Когда колесо или диск вращаются или вращаются с крутящим моментом вокруг оси и с угловой скоростью, на систему действует центробежная сила. эта сила создает реактивный крутящий момент, другая ось которого перпендикулярна оси вращения диска.

Как работают гироскопы физики?

Прецессия. Самой уникальной характеристикой гироскопа является прецессия, которая дает устройству очевидную способность бросать вызов гравитации.Движение, противодействующее любой силе, пытающейся выровнять ось вращения, направлено так, чтобы гироскоп оставался в вертикальном положении. Вместо того, чтобы упасть под действием силы тяжести, он выпрямляется, двигаясь боком.

гироскопов

гироскопов

Гироскопы, больше не игрушки, Пол Доэрти

 

В тот или иной момент вы, вероятно, играли с игрушкой гироскоп, колесо на оси, закрепленной внутри рамы.Чтобы сделать колесо крутится, вы наматываете веревку на ось, а затем тянете. Один раз он крутится, гироскоп ведет себя как живое существо. Если вы ненадежно уравновесите его на кончике пальца, он выполнит вращающийся танец, но все же остаются невероятно сбалансированными. Если вы попытаетесь поверните вращающийся гироскоп в одну сторону, он будет сопротивляться вашему скручивание и извращенно двигаться в другом направлении.

Играю с гироскопами и наблюдаю за их внешне странными поведение развлекало детей на протяжении десятилетий.Тем не менее, гироскопы больше, чем просто игрушки. Они также являются важными частями навигационные системы самолетов и космических аппаратов. В этой статье я обсудим, как самолеты и космические корабли используют гироскопы, а затем проиллюстрировать, как работают навигационные гироскопы, показав вам несколько простые эксперименты, которые вы можете провести с игрушечными гироскопами.

В невесомости космического корабля вращение игрушечного гироскопа было записано на видеопленку. Гироскоп вращался вокруг оси, указывающей на одну и ту же далекую звезду.Четное когда космонавт нажимал на гироскоп, он упорно удерживался ориентация его оси при полете по кабине. в отсутствие крутящих сил, ось гироскопа всегда будет направлена ​​в в каком бы направлении он ни указывал, когда вы начали его вращение.

Если вы попробуете этот эксперимент на Земле, вы обнаружите совсем другое: если вы поместите вращающийся гироскоп с его ось горизонтальная и с одним концом оси на небольшой подставке, ось гироскопа не будет продолжать указывать в том же направлении, но будет двигаться по горизонтальному кругу.

Разница между вашим экспериментом на Земле и Эксперимент на борту космического челнока заключается в том, что ваш гироскоп подвергается скручиванию парой сил: сила тяжести притягивает гироскоп и небольшая подставка, нажимающая на него. Карандаш помещен в этом положении будет реагировать на эту пару скручивающих сил рухнул на пол. Но отзывается ось вращающегося гироскопа к скручивающей паре сил вверх-вниз, двигаясь боком вокруг по кругу. Круговое движение оси гироскопа равно называется прецессией.

Инженеры, которые хотят, чтобы ось гироскопа постоянно указывала на одинаковое направление должно устранять все крутящие силы на гироскопе. Они делают это, поддерживая ось гироскопа с обоих концов в креплении. называется карданный. Кардан представляет собой набор рам, установленных в подшипниках. Это не только удерживает скручивающие силы на гироскопе небольшими; это также позволяет оси гироскопа поворачиваться и указывать в любом направлении. А установленный на карданном подвесе гироскоп действует как гироскоп на космическом челноке&emdash; он продолжает указывать в постоянном направлении.Именно эта способность делает гироскопы важными элементами навигационных систем самолет.

Пилот самолета полагается на гироскоп на карданном подвесе, когда консультируясь с искусственным горизонтом, устройством, которое показывает пилоту, который путь вверх. Теперь вы можете подумать, что глупо спрашивать, где вверх. Поскольку вы можете чувствовать гравитацию через штаны, ответ кажется очевидным. Мой друг Джефф тоже так думал &endash; до одного ночью, когда он был в тренировочном полете на реактивном самолете над Атлантой.” Я был пролетел через облако, — говорит он, — и я был чрезвычайно удивлен, когда я вырвался из вершины облака, чтобы найти огни города надо мной. ” Джефф доверял своим человеческим сенсорам, чтобы сказать ему какой путь был вверх. Лишенные своих обычных визуальных подсказок, они были одурачен ускорением самолета. Он был вверх ногами и ускоряясь к земле, когда он прорвался сквозь облако. После что он никогда не полагался на собственное восприятие, чтобы определить, каким путем был наверху, но вместо этого доверился своему искусственному горизонту.

Авиагоризонт содержит гироскоп на карданном подвесе. которые могут указывать в любом направлении по отношению к самолету. То колесо гироскопа вращается либо электродвигателем, либо воздухом по ротору. Когда гироскоп начинает вращаться, его ось перпендикулярно земле. Когда самолет накренится налево, гироскоп поворачивается в своей раме так, что ось продолжает указывать вверх. Другой способ взглянуть на ситуацию состоит в том, что карданный подвес позволяет плоскость вращается вокруг гироскопа, а ось гироскопа упорно остается неподвижным.

Отсчет приборов на авиагоризонте – шар с черным полушарием, представляющим землю, и белым полусфера для неба. Граница между черным и белым искусственный горизонт. Когда самолет кренится влево, искусственный горизонт остается горизонтальным. С точки зрения летчику, вращающемуся вместе с самолетом, искусственный горизонт кажется повернуть вправо — как настоящий горизонт. Когда самолет пикирует, пилот видит, как поднимается черная полусфера.

К сожалению, гироскоп толком не ориентируется по отношению к земле. Гироскоп &emdash; будь то вращение на столе или в искусственном горизонте &emdash; является ориентируется относительно далеких звезд (см. «Вращение Вселенная”). Когда земля вращается, звезды восходят, а затем заходят. После двенадцатичасовой полет, звезда, которая изначально была над головой, оказывается под ногами, и пилот, следующий идеальному гироскопу, летел бы вверх ногами. вниз. Решение этой проблемы состоит в том, чтобы крутить гироскоп вокруг медленно, чтобы он следовал за землей.Крепление для гироскопа в искусственный горизонт представляет собой комбинацию карданного подвеса, маятника и механизм демпфирования. Скручивание груза маятника под действием силы тяжести земли в сочетании с трением внутри искусственного горизонта заставляет гироскоп медленно прецессировать, чтобы он следовал за Землей а не звезды.

Вы можете получить представление о том, как искусственный горизонт сочетает в себе гироскоп, маятник и демпфирование, экспериментируя с игрушкой гироскоп. Привяжите шестидюймовую нить к одному концу игрушечного гироскопа.Начинать игрушечный гироскоп вращается так быстро, как только можешь. Держите гироскоп ось горизонтальна земле и держитесь за один конец веревки, затем отпустите гироскоп. Гироскоп останется в горизонтальном положении и медленно спускайтесь по спирали, поскольку силы трения кручения гасят его движение. То ось гироскопа заканчивается перпендикулярно земле, как и гироскоп делает в авиагоризонте.

К сожалению, ускорение самолета может обмануть маятник в искусственном горизонте. Если самолет остается в том же при быстром вращении более минуты маятник отклонится в сторону новое, не вертикальное положение. К счастью, маневры с высоким ускорением редко поддерживается в течение достаточно долгого времени, чтобы существенно повлиять на искусственный горизонт. Чтобы уменьшить проблемы, связанные с гироскопом прецессии, а также с влиянием ускорений на искусственные горизонты, самолеты используют полную инерциальную навигационную систему.

Инерциальная навигационная система использует не менее трех гироскопов и три акселерометра. Он отслеживает каждое ускорение и вращения самолета и выясняет не только, какой путь вверх, но и где находится самолет.Современные инерциальные навигационные системы настолько точны, что после трансконтинентального перелета могут правильно определить, на каком конце взлетно-посадочной полосы припаркован самолет.

До сих пор мы говорили об использовании гироскопов только для обнаружения ориентация. Когда вы держите вращающийся гироскоп за его корпус и поворачиваете над ним вы можете почувствовать, как гироскоп сопротивляется вашим усилиям. Они могут также использоваться для управления ориентацией. Вы можете испытать толчок вращающийся гироскоп на выставке Exploratorium Bicycle Wheel Gyro.(Или вы можете построить версию этого экспоната из велосипедного колеса (см. боковая коробка)). На этой выставке вы сидите на вращающемся стуле и держите вращающееся велосипедное колесо с вертикальной осью. Когда вы пытаетесь крутить колесо перевернуто, гироскоп велосипедного колеса давит на вас и начинает тебя крутить. Откиньте его назад, и вы остановитесь. Вы можете вращаться в в любом направлении, просто повернув гироскоп. Когда вы пытаетесь крутите этот гироскоп, он прецессирует и отталкивает вас, заставляя вас вращаться.

Боковая коробка

Чтобы построить собственную выставку «Велосипедный гироскоп», вам понадобится переднее колесо велосипеда, вращающийся стул или табурет и два напильника ручки из строительного магазина.Привинтите ручки напильника к ось велосипедного колеса. Теперь у вас есть тяжелый гироскоп, который вы может разогнаться до высокой скорости, проводя рукой по шине ступить. Рукоятки напильников дадут вам хороший захват, который вам понадобится держаться за прялку. Сядьте на стул, установите колесо вращение и держите ось вертикально. Переверните ось и обратите внимание что вы начинаете вращаться.

 

Некоторые космические корабли крутят гироскопы для управления ориентация. Например, советская космическая станция «Мир» использует шесть 130 килограмм, быстро вращающиеся гироскопы для управления его ориентацией.То Американская космическая станция Skylab также использовала гироскопы для ориентации. контроль, ситуация, которая имела неожиданные последствия для программа упражнений космонавта. Первоначально гироскопы Skylab представляли собой проблема обслуживания &emdash; они изнашивались задолго до их прогнозируемое время жизни. Что-то перегружало гироскопы. После исследуя, инженеры поняли, что часть переутомления была вызвана астронавтам, которые, к своему удовольствию, обнаружили, что мог бегать внутри кольца шкафчиков для хранения.Каждый раз, когда нога оттолкнуться от стены, чтобы ускорить космонавта на пути, твист был передан космической станции. Гироскопы должны были исправить это. Никто не учитывал бег астронавтов, когда работали гироскопы. разработан.

Меньшие космические корабли не используют большие, тяжелые гироскопы для контроль ориентации. Вместо этого они запускают ракетные двигатели. Однако, ракетные двигатели расходуют невосполнимое топливо, а гироскопы можно питание от солнечных батарей. Кроме того, ракетные двигатели загрязняют окружающую среду. космического вакуума, необходимого для многих экспериментов, проводимых в пространство.С другой стороны, гироскопы сохраняют пространство в чистоте.

Одна из причин, по которой гироскопы обычно не используются для управления ориентация космического корабля обусловлена ​​мелким шрифтом в описании поведение гироскопов: «Гироскоп держит свою ось направленной в в том же направлении при отсутствии крутящих моментов». силы кручения, упомянутые ранее. Когда вы откручиваете крышку банка с арахисовым маслом, вы прикладываете крутящий момент к крышке. Если есть любые крутящие моменты на гироскопе, его направление вращения будет прецессировать и ось гироскопа будет указывать в новом направлении. Все механические гироскопы используемые сегодня, имеют некоторые моменты трения на них: либо от подшипники в их шарнирных креплениях или из-за сопротивления воздуха против подвижный гироскоп. В течение нескольких часов или дней эти моменты трения вызывают гироскопы прецессии от своих первоначальных направлений. А космический корабль, который зависел от первоначального курса, тогда был бы в беда.

Вы можете ярко продемонстрировать эффекты трения крутящие моменты на гироскопе с американским футболом. Отдых в футболе на земле, и вращать его очень быстро.Когда вращающийся мяч трется о землю трение создает крутящий момент, который вызывает мяч стоять на одном конце, как он вращается.

Некоторые космические аппараты, такие как серия Pioneer, запущенные Соединенные Штаты, решить проблему фрикционных моментов путем вращения весь космический корабль. Frisbee® — это летающая игрушка, которая держит ориентация, когда он летит, вращаясь. Он прекрасно иллюстрирует, как вращающийся космический корабль сохраняет свою ориентацию. Просто попробуйте летать Frisbee®, не вращая его, и смотрите, что происходит.

Моменты трения могут быть почти устранены, когда объект вращается в космическом вакууме. Как только он вращается, весь космический корабль становится гироскопом и сохраняет постоянную ориентацию. Когда космический корабль вращается, чтобы сохранить свою ориентацию, ему не требуется инерциальная навигационная система. Без инерциальной навигационной системы, конструкция космического корабля становится намного проще, и их меньше вещи, чтобы потерпеть неудачу.

К сожалению, вращение космического корабля не совсем устранить сложность.Вместо этого сложность переносится на другие части конструкции космического корабля. Ведь на крутящемся космическом корабле, как вы можете держать большую параболическую радиоантенну направленной на землю отправлять данные и получать инструкции? Вы должны «раскрутить» антенна. Невращающаяся антенна соединена с вращающейся частью космического корабля через подшипники, но это вводит новый сложность: получение электрических сигналов через вращающийся разъем.

Еще одна проблема с вращающимся космическим кораблем связана с ремесленные солнечные батареи.Вращающееся судно не может иметь большие солнечные батареи лицом к солнцу, если только панели не были раскручены. Но если ты раскрутить слишком много частей космического корабля, вы могли бы также построить невращающийся космический аппарат. Космический корабль Pioneer, летящий к Солнцу покрыты солнечными панелями. По мере вращения космического корабля некоторые из эти панели всегда обращены к солнцу. Пионерский космический корабль, который идет подальше от солнца нести радиоизотопные тепловые генераторы и не зависят от солнечной энергии.

Еще один важный момент: нельзя использовать вращающийся космический корабль. когда на борту есть астронавты, иначе астронавтам станет очень испытывающий головокружение.Если, конечно, космический корабль не настолько велик, чтобы вращение можно использовать для создания так называемой искусственной гравитации. Такой космических кораблей больше, чем мы можем производить в настоящее время.

Вращающиеся космические корабли «Пионер» — одни из самых надежных космических кораблей, когда-либо запущенных: «Пионеры» с 6 по 9 были созданы, чтобы жить в течение года, но большинство из них поразило даже своих дизайнеров продолжая работать и возвращать данные двадцать лет спустя. Пионеры 10 и 11 дал нам наши первые крупные планы на Юпитер и Сатурн и сегодня продолжают отправлять данные с внешних окраин солнечной система, вращающаяся все время, чтобы сохранить свою ориентацию.

С гироскопами

весело играть. Их поведение просто достаточно озадачивает, чтобы заинтересовать таких детей, как я, часами. Но у гироскопов есть и серьезная сторона. Коммерческий авиалайнер содержит несколько гироскопов, чтобы сказать ему, где вверх и где он расположены. Космический корабль, пересекающий тьму ночного неба в величественные молчаливые дуги либо содержат гироскопы, либо сами большие гироскопы, вращающиеся для сохранения ориентации относительно к далеким звездам.

Как работают гироскопы? – интуитивное объяснение

Фото Misko | CC BY

Физика, связанная с гироскопами, временами может быть очень сложной для понимания и даже может показаться невероятной. Несмотря на то, что он бросает вызов гравитации, он также бросает вызов нашей интуиции. Лежащая в основе физика довольно проста. Вот интуитивно понятный способ понять, как работают гироскопы.

Угловой момент и правило правой руки

Чтобы понять работу гироскопа, нам может понадобиться немного освежить в памяти угловой момент, визуализация которого в большинстве случаев нелогична. Не бойтесь, это довольно легко понять, как только вы пройдете через сложную часть. Я постараюсь описать это интуитивно понятным способом.

В общем случае угловой момент вращающегося тела представлен так, как показано ниже.

Где L — угловой момент, r — радиус от центра и m x v — линейный импульс объекта (m = масса точки и v = линейная скорость). Я надеюсь, что они говорят сами за себя, за исключением векторной части углового момента (L) (для большинства из вас). Почему вектор углового момента направлен вверх? Очевидно, что в этом направлении ничего не действует. И все же, почему так?

Это из-за фактического физического направления объекта? Ну да, это так. Направление углового момента меняется каждый раз, когда объект вращается. Для распределенной массы, такой как колесо, в игру вступает момент инерции, и мы можем визуализировать это гораздо лучше. Считайте себя точкой где-то на внешнем ободе, теперь, когда вы смотрите на ось, вы можете сказать, в какую сторону вы вращаетесь. Мы можем либо сказать, что вы вращаетесь против часовой стрелки, либо по часовой стрелке. Как мы могли бы сообщить об этом? Люди договорились о правиле, чтобы представить это более простым способом, и назвали его правилом правой руки .Получить интуицию тоже довольно просто. Сгибайте руки в направлении вращения, если вращение против часовой стрелки, как показано на рисунке, то направление большого пальца будет указывать вверх и наоборот. Это то более простое направление вектора или псевдовектора углового момента, которое всегда будет перпендикулярно плоскости вращения.

Гироскопы

Теперь, имея четкое представление об угловом моменте, давайте поговорим о практическом явлении, наблюдаемом с помощью гироскопа, и выясним, почему он, кажется, бросает вызов гравитации. Возьмем обычную установку колеса, прикрепленного к веревке с потолка. Похоже на то, что показано ниже.

 

Правый конец поддерживается струной (желтой). Предположим, что вы поддерживаете левый конец рукой. Когда вы убираете руку с системы, через центр масс действует крутящий момент. Когда колесо начинает падать, верхняя половина колеса испытывает ускорение вниз влево, а нижняя половина движется вправо и продолжает движение вверх.Когда вы рассматриваете всю систему, это всего лишь крутящий момент, вызванный гравитацией, пытающийся выполнить свою работу по вращению всей установки. По мере того, как гравитация продолжает тянуть вниз, установка в конце концов останавливается.

Гироскопическая прецессия

Что произойдет, если колесо уже вращается? В этом случае крутящий момент по-прежнему будет действовать на всю установку, а плечо рычага будет шарнирно прикреплено к струне. Вместо вращения (падения) вниз за счет крутящего момента, создаваемого силой тяжести, установка вращается вправо со струной в качестве оси вращения (в начале). Что, черт возьми это?

Что ж, вот та часть, где нам нелегко понять эту гироскопическую прецессию. Попробуем понять, что происходит.

Ранее мы видели, что верхняя половина колеса (пока не вращается) испытывает большее ускорение вниз и влево под действием крутящего момента, вызванного гравитацией. Когда колесо вращается, этот конкретный сегмент или точка в колесе начинает ускоряться одновременно с тем, как оно начинает двигаться. Угловая скорость увеличивается.Когда точка завершает квадрант и достигает угла девяносто градусов от своего начального положения, величина углового ускорения в этой точке будет выше. То же самое происходит с самой нижней точкой, но в обратном порядке. Восходящее ускорение вправо будет иметь максимальную величину под углом девяносто градусов от начальной точки. Теперь угловой момент всего колеса из-за этих двух ускорений будет направлен против часовой стрелки, если смотреть сверху. Это вращает колесо вокруг оси струны.

Почему он бросает вызов гравитации? Ну, чтобы упасть вниз, должно быть ускорение вниз, да? Мы только что видели, что ускорение высокое в девяноста градусах сверху и снизу. Когда две точки продолжают вращаться, оставшееся ускорение уравновешивается предстоящим ускорением за счет силы тяжести в обоих сегментах. Таким образом, чистая угловая скорость равна нулю в верхней и нижней точках. Это создает впечатление, что колесо бросает вызов гравитации.

Итак, грандиозный финал. Поскольку трение в подшипнике замедляет вращение, величина углового ускорения уменьшается, и в конце концов колесо начинает поддаваться силе тяжести.Крутящий момент медленно начинает вращать ось и колесо вниз.

С правилом правой руки

С псевдовекторной записью это становится просто. Вектор углового момента всей системы будет направлен наружу от плоскости силы. В дополнение к этому, для прялки вектор углового момента вращения был бы направлен наружу влево от оси. Крутящий момент силы тяжести будет направлен наружу от плоскости силы. Этот крутящий момент всегда перпендикулярен угловому моменту вращения.Крутящий момент есть не что иное, как изменение углового момента во времени. Таким образом, при изменении крутящего момента изменяется и угловой момент вращения. Это изменение заставляет угловой момент вращения преследовать вектор крутящего момента, поскольку они все время остаются перпендикулярными.

Остановится ли прецессия?

Конечно, будет! Гироскоп (колесо) прецессирует только из-за неуравновешенного крутящего момента, вызванного гравитацией. Следовательно, если бы мы могли привязать еще одну струну слева от нашего колеса, она бы прекратила прецессию.Тем не менее, я думаю, вам это объяснение не понадобится. Колесо все равно будет вращаться, если вы уже ограничили эту степень свободы. Действительно, это то, что они на самом деле делают в гироскопах, чтобы он оставался в одной и той же ориентации.

Большой практический эффект от этого можно наблюдать в циклических органах управления вертолетом, которые в основном находятся в 90-градусной фазе.

Этот пост был впервые опубликован 23 ноября 2015 года.

Как гироскопы продолжают вращаться? – Рестораннорман.

ком

Как гироскопы продолжают вращаться?

Гироскоп вращается вокруг своей оси из-за внешнего импульса и продолжает вращаться, если его вращение не тормозит трение (в этом случае внешний привод должен продолжать работать.

Как работает гироскоп для чайников?

Различные секции гироскопа воспринимают силы в одной точке, но затем поворачиваются в новые положения! Когда секция в верхней части гироскопа поворачивается на 90 градусов в сторону, она продолжает свое стремление двигаться влево.Эти силы вращают колесо в направлении прецессии.

Гироскопы бросают вызов гравитации?

Гироскопы не «сопротивляются гравитации», хотя поведение прецессирующего гироскопа, медленно движущегося вокруг пьедестала, может выглядеть неестественно. На самом деле они полностью подчиняются ньютоновской физике. Весь вес гироскопа передается через пьедестал на основание.

Можно ли установить на телефон гироскоп?

Можно ли установить на телефон гироскоп? Да, на самом деле вы можете включить датчик гироскопа на телефоне Android. Он добавляется не физически, а через приложение, модуль Xposed под названием Virtual Sensor. Он имитирует датчик гироскопа, используя другие датчики, имеющиеся на вашем телефоне.

Как работает гироскоп в телефоне?

В современных смартфонах используется своего рода гироскоп, состоящий из крошечной вибрирующей пластины на чипе. Когда ориентация телефона меняется, эта вибрирующая пластина толкается силами Кориолиса, которые воздействуют на движущиеся объекты при их вращении.

Как починить гироскоп на телефоне?

Ищите опцию «G-сенсор», когда появляются настройки отображения/движения.Когда вы его нашли, вам нужно будет положить телефон на плоскую поверхность, например на стол. Нажмите на опцию «Калибровать» и постарайтесь не двигать телефон, пока это действие не будет завершено.

Что происходит, когда гироскоп не работает?

Гироскоп не работает в pubg после обновления пользовательского интерфейса исправить эту проблему

  1. Загрузите приложение «Пузырьковый уровень» из Play Store.
  2. Откройте приложение и нажмите на опцию в правом верхнем углу.
  3. Перед нажатием кнопки «Установить» убедитесь, что ваше устройство находится на ровной поверхности, например на полу, а также снимите корпус или крышку.

Почему на моем телефоне не работает гироскоп?

Как мне откалибровать гироскоп моего телефона? Чтобы откалибровать гироскоп телефона, откройте «Настройки» телефона, затем найдите «Движение» и выберите его. Затем прокрутите вниз и выберите «Настройки чувствительности» и откройте «Калибровка гироскопа». Поместите его на ровную поверхность, а затем нажмите «Калибровать».

Можно ли установить гироскоп на Android?

Да, вы действительно можете включить датчик гироскопа на телефоне Android.Он добавляется не физически, а через приложение, модуль Xposed под названием Virtual Sensor. Он имитирует датчик гироскопа, используя другие датчики, имеющиеся на вашем телефоне.

Как использовать гироскоп без датчика гироскопа?

Итак, как использовать VR без гироскопа…

  1. Android-устройство с root-правами.
  2. Xposed Framework.
  3. Включить неизвестный источник в настройках безопасности.
  4. Перейдите в раздел загрузки в приложении установщика xposed.
  5. Поиск виртуального сенсора.
  6. Затем загрузите и установите его. После установки для активации этого модуля xposed перезагрузите устройство Android.

Можно ли использовать VR без гироскопа?

Чтобы активировать модуль Xposed, вам придется перезагрузить Android-устройство. После этих шагов с вашей стороны больше ничего не нужно, и вы можете открыть любое приложение для Google Cardboard, включая другие приложения виртуальной реальности, и вы обнаружите, что теперь оно работает на вашем смартфоне, даже без датчика гироскопа.

Какой телефон имеет лучший гироскоп?

Лучшие смартфоны с датчиком гироскопа

  • iPhone X.
  • iPhone 8.
  • Самсунг Галакси 8.
  • ЛГ В20.
  • Sony Experia XZ.
  • Google Пиксель.
  • OnePlus 5T.
  • Huawei Честь 8.

Как выбрать гироскоп?

При выборе нужно обратить внимание на то, по какой из трех осей будет измерять гироскоп; например, некоторые двухосевые гироскопы измеряют тангаж и крен, а другие измеряют тангаж и рыскание. Энергопотребление — если ваш проект работает от батареи, вы можете подумать, сколько энергии будет потреблять гироскоп.

Что измеряет гироскоп?

Гироскоп (от древнегреческого γῦρος gûros, «круг» и σκοπέω skopéō, «смотреть») — это устройство, используемое для измерения или поддержания ориентации и угловой скорости. Это вращающееся колесо или диск, в котором ось вращения (ось вращения) может сама принимать любую ориентацию.

Что такое эффект гироскопа?

Гироскопический эффект – это способность (стремление) вращающегося тела сохранять устойчивое направление своей оси вращения.Гироскопы вращаются относительно оси симметрии с большой скоростью.

Гироскоп цифровой или аналоговый?

Коммуникационный интерфейс. Гироскопы могут иметь как цифровой, так и аналоговый интерфейс связи. Гироскопы с цифровым интерфейсом обычно используют протоколы связи SPI или I2C. Использование этих интерфейсов позволяет легко подключаться к хост-микроконтроллеру.

Каковы свойства гироскопа?

Когда колесо вращается, гироскоп обладает двумя особыми свойствами: жесткостью и прецессией.Жесткость — это способность гироскопа удерживать свою ось, указывающую в фиксированном направлении в пространстве, если только на нее не действует внешняя сила (также известная как гироскопическая инерция).

Что такое 3 гироскопических прибора?

Наиболее распространенными инструментами, содержащими гироскопы, являются координатор поворота, указатель курса и авиагоризонт.

Может ли летать гироскоп?

Летающий гироскоп (также известный как летающий цилиндр или летающая труба) представляет собой цилиндрическое крыло или кольцевой аэродинамический профиль.Его бросают, как футбольный мяч, и он может лететь очень далеко.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.