Гироскоп что такое: Гироскоп — это… Что такое Гироскоп?

Гироскоп — это… Что такое Гироскоп?

Гироско́п (от др.-греч. γῦρος «круг» и σκοπέω «смотрю») — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. Простейший пример гироскопа — юла (волчок).

Термин впервые введен Жаном (Бернаром Леоном) Фуко в его докладе в 1852 году Французской Академии Наук. Доклад был посвящён способам экспериментального обнаружения вращения Земли в инерциальном пространстве. Этим и обусловлено название «гироскоп».

История

До изобретения гироскопа человечество использовало различные методы определения направления в пространстве. Издревле люди ориентировались визуально по удалённым предметам, в частности, по Солнцу. Уже в древности появились первые приборы: отвес и уровень, основанные на гравитации. В средние века в Китае был изобретён компас, использующий магнетизм Земли. В Европе были созданы астролябия и другие приборы, основанные на положении звёзд.

Гироскоп изобрёл Иоганн Боненбергер и опубликовал описание своего изобретения в 1817 году^[1]. Однако французский математик Пуассон ещё в 1813 году упоминает Боненбергера как изобретателя этого устройства^[2]. Главной частью гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе^[3]. В 1832 году американец Уолтер Р. Джонсон придумал гироскоп с вращающимся диском^[4][5]. Французский учёный Лаплас рекомендовал это устройство в учебных целях^[6]. В 1852 году французский учёный Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал его как прибор, показывающий изменение направления (в данном случае — Земли), через год после изобретения маятника Фуко, тоже основанного на сохранении вращательного момента^[7]. Именно Фуко придумал название «гироскоп». Фуко, как и Боненбергер, использовал карданов подвес. Не позже 1853 года Фессель изобрёл другой вариант подвески гироскопа

Преимуществом гироскопа перед более древними приборами являлось то, что он правильно работал в сложных условиях (плохая видимость, тряска, электромагнитные помехи). Однако вращение гироскопа быстро замедлялось из-за трения.

Во второй половине XIX века было предложено использовать электродвигатель для разгона и поддержания вращения гироскопа. Впервые на практике гироскоп был применён в 1880-х годах инженером Обри для стабилизации курса торпеды. В XX веке гироскопы стали использоваться в самолётах, ракетах и подводных лодках вместо компаса или совместно с ним.

Классификация

Основные типы гироскопов по количеству степеней свободы:

• двухстепенные,
• трехстепенные.

Основные два типа гироскопов по принципу действия:

• механические гироскопы,
• оптические гироскопы.

Механические гироскопы

Впервые это свойство использовал Фуко в 1852 г. для экспериментальной демонстрации вращения Земли. Именно благодаря этой демонстрации гироскоп и получил своё название от греческих слов «вращение», «наблюдаю».

Свойства трехстепенного роторного гироскопа

При воздействии момента внешней силы вокруг оси, перпендикулярной оси вращения ротора, гироскоп начинает поворачиваться вокруг оси прецессии, которая перпендикулярна моменту внешних сил.

Это свойство обусловлено возникновением так называемой кориолисовой силы. Так, при воздействии момента внешней силы гироскоп поначалу будет вращаться именно в направлении действия внешнего момента (нутационный бросок). Каждая частица гироскопа будет таким образом двигаться с переносной угловой скоростью вращения вследствие действия этого момента. Но ротор гироскопа, помимо этого, и сам вращается, поэтому каждая частица будет иметь относительную скорость. В результате возникает кориолисова сила, которая заставляет гироскоп двигаться в перпендикулярном приложенному моменту направлении, то есть прецессировать. Прецессия вызовет кориолисову силу, момент которой скомпенсирует момент внешней силы (гироскопический момент).

Гироскопический эффект вращающихся тел есть проявление коренного свойства материи — её инерционности.

Упрощённо, поведение гироскопа описывается уравнением:

где векторы и являются, соответственно, моментом силы, действующей на гироскоп, и его моментом импульса, скаляр  — его моментом инерции, векторы и угловой скоростью и угловым ускорением.

Отсюда следует, что момент силы , приложенный перпендикулярно оси вращения гироскопа, то есть перпендикулярный , приводит к движению, перпендикулярному как , так и , то есть к явлению прецессии. Угловая скорость прецессии гироскопа определяется его моментом импульса и моментом приложенной силы^[9]:

то есть обратно пропорциональна скорости вращения гироскопа.

Вибрационные гироскопы

Вибрационные гироскопы — устройства, сохраняющие плоскость своих колебаний при повороте основания. Этот тип гироскопов является намного более простым и дешёвым при сопоставимой точности по сравнению с роторным гироскопом. В зарубежной литературе также употребляется термин «Кориолисовы вибрационные гироскопы» — так как принцип их действия основан на эффекте действия силы Кориолиса, как и у роторных гироскопов.

Принцип работы

Два подвешенных грузика вибрируют на плоскости в MEMS гироскопе с частотой .

При повороте гироскопа возникает Кориолисово ускорение равное , где  — скорость и  — угловая частота поворота гироскопа. Горизонтальная скорость колеблющегося грузика получается как : , а положение грузика в плоскости — . Внеплоскостное движение , вызываемое поворотом гироскопа равно:

где:

 — масса колеблющегося грузика.

 — коэффициент жёсткости пружины в направлении, перпендикулярном плоскости.

 — величина поворота в плоскости перпендикулярно движению колеблющегося грузика.

Разновидности

• Пьезоэлектрические гироскопы.
• Твердотельные волновые гироскопы^[10][11]. Работа одной из разновидностей ТВГ разработанного компанией Innalabs основана на управлении двумя стоячими волнами в физическом теле — резонаторе, который может быть как осесимметричным, так и неосесимметричным. При этом, осесимметричная форма резонатора позволяет достичь выдающихся характеристик гироскопа, а именно: значительно увеличить срок жизни гироскопа и его удароустойчивость. Резонатор КВГ функционирует в режиме второй формы колебаний. Таким образом, стоячие волны — это колебания эллиптической формы с четырьмя пучностями и четырьмя узлами, расположенными по окружности края резонатора. Угол между смежными узлами / пучностями составляет 45 градусов. Эллиптическая форма колебаний возбуждается до определенной амплитуды. Когда гироскоп поворачивается вокруг оси чувствительности, результирующие Кориолисовы силы, воздействующие на элементы вибрирующей массы резонатора, возбуждают второй режим колебаний. Угол между главными осями двух режимов составляет 45 градусов. Замкнутый контур управления приводит второй режим колебания к нулю. Сила, необходимая для этого, пропорциональна скорости вращения датчика. Соответствующая система замкнутого контура управления называется компенсационной. Для генерирования компенсационной силы и считывания вызванных движений используются пьезоэлектрические элементы, закрепленные на резонаторе. Подобная электромеханическая система в высокой степени эффективна и обеспечивает низкий уровень шума выходного сигнала и широкий диапазон измерения, необходимые для многих критичных применений.
• Камертонные гироскопы.
• Вибрационные роторные гироскопы(в том числе динамически настраиваемые гироскопы)^[12].
• МЭМС гироскопы^[12].

Оптические гироскопы

где -разность времён прихода лучей, выпущенных в разных направлениях,  — площадь контура, — угловая скорость вращения гироскопа. Так как величина очень мала, то её прямое измерение с помощью пассивных интерферометров возможно только в волоконно-оптических гироскопах с длинной волокна 500—1000 м. Во вращающемся кольцевом интерферометре лазерного гироскопа можно измерить фазовый сдвиг встречных волн, равный

где  — длина волны.

Применение гироскопов в технике

Свойства гироскопа используются в приборах — гироскопах, основной частью которых является быстро вращающийся ротор, который имеет несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

Чаще всего используются гироскопы, помещённые в карданов подвес. Такие гироскопы имеют 3 степени свободы, то есть он может совершать 3 независимых поворота вокруг осей АА’, BB’ и CC’, пересекающихся в центре подвеса О, который остаётся по отношению к основанию

Гироскопы, у которых центр масс совпадает с центром подвеса O, называются астатическими, в противном случае — статическими гироскопами.

Для обеспечения вращения ротора гироскопа с высокой скоростью применяются специальные гиромоторы.

Для управления гироскопом и снятия с него информации используются датчики угла и датчики момента.

Гироскопы используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас, ИНС и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов. При использовании в гировертикали показания гироскопа должны корректироваться акселерометром(маятником), так как из за суточного вращения земли и ухода гироскопа, происходит отклонение от истиной вертикали. Кроме того, в механических гироскопах может использоваться смещение его центра масс, которое эквивалентно непосредственному воздействию маятника на гироскоп^[16].

Системы стабилизации

Системы стабилизации бывают трех основных типов.

• Система силовой стабилизации (на двухстепенных гироскопах).

Для стабилизации вокруг каждой оси нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется гироскопом и двигателем разгрузки, в начале действует гироскопический момент, а потом подключается двигатель разгрузки.

• Система индикаторно-силовой стабилизации (на двухстепенных гироскопах).

Для стабилизации вокруг каждой оси нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки, но в начале появляется небольшой гироскопический момент, которым можно пренебречь.

• Система индикаторной стабилизации (на трехстепенных гироскопах)

Для стабилизации вокруг двух осей нужен один гироскоп. Стабилизация осуществляется только двигателями разгрузки.

Новые типы гироскопов

Постоянно растущие требования к точностным и эксплуатационным характеристикам гиро-приборов заставили ученых и инженеров многих стран мира не только усовершенствовать классические гироскопы с вращающимся ротором, но и искать принципиально новые идеи, позволившие решить проблему создания чувствительных датчиков для измерения и отображения параметров углового движения объекта.

В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи. В России и США выданы тысячи патентов и авторских свидетельств на соответствующие открытия и изобретения.

Поскольку прецизионные гироскопы используются в системах наведения стратегических ракет большой дальности, во время холодной войны информация об исследованиях, проводимых в этой области, классифицировалась как секретная.

Перспективным является направление развития квантовых гироскопов.

Перспективы развития гироскопического приборостроения

Сегодня созданы достаточно точные гироскопические системы, удовлетворяющие большой круг потребителей. Сокращение средств, выделяемых для военно-промышленного комплекса в бюджетах ведущих мировых стран, резко повысило интерес к гражданским применениям гироскопической техники. Например, сегодня широко распространено использование микромеханических гироскопов в системах стабилизации автомобилей или видеокамер.

По мнению сторонников таких методов навигации, как GPS и ГЛОНАСС, выдающийся прогресс в области высокоточной спутниковой навигации сделал ненужными автономные средства навигации (в пределах зоны покрытия спутниковой навигационной системы (СНС), то есть в пределах планеты). В настоящее время СНС системы по параметрам массы, габаритов и стоимости превосходят гироскопические.

В настоящее время разрабатывается система навигационных спутников третьего поколения. Она позволит определять координаты объектов на поверхности Земли с точностью до единиц сантиметров в дифференциальном режиме, при нахождении в зоне покрытия корректирующего сигнала DGPS. При этом якобы отпадает необходимость в использовании курсовых гироскопов. Например, установка на крыльях самолета двух приёмников спутниковых сигналов, позволяет получить информацию о повороте самолёта вокруг вертикальной оси.

Однако системы СНС оказываются неспособны точно определять положение в городских условиях, при плохой видимости спутников. Подобные проблемы обнаруживаются и в лесистой местности. Кроме того прохождение сигналов СНС зависит от процессов в атмосфере, препятствий и переотражений сигналов. Автономные же гироскопические приборы работают в любом месте — под землёй, под водой, в космосе.

В самолётах СНС оказывается точнее ИНС на длинных участках. Но использование двух СНС-приёмников для измерения углов наклона самолета даёт погрешности до нескольких градусов. Подсчёт курса путём определения скорости самолёта с помощью СНС также не является достаточно точным. Поэтому, в современных навигационных системах оптимальным решением является комбинация спутниковых и гироскопических систем, называемая интегрированной (комплексированной) ИНС/СНС системой.

За последние десятилетия, эволюционное развитие гироскопической техники подступило к порогу качественных изменений. Именно поэтому внимание специалистов в области гироскопии сейчас сосредоточилось на поиске нестандартных применений таких приборов. Открылись совершенно новые интересные задачи: геологоразведка, предсказание землетрясений, сверхточное измерение положений железнодорожных путей и нефтепроводов, медицинская техника и многие другие.

Использование гироскопа в смартфонах и игровых приставках

Значительное удешевление производства МЭМС-гироскопов привело к тому, что они начинают использоваться в смартфонах и игровых приставках.

Появление МЭМС-гироскопа^[17] в новом смартфоне Apple iPhone 4 открывает новые возможности в 3D-играх и в формировании дополненной реальности^[18]. Уже сегодня, разные производители смартфонов и игровых приставок собираются использовать МЭМС-гироскопы в своих продуктах. Вскоре появятся приложения на смартфонах и игровых приставках, которые сделают компьютерный экран окном в другой — виртуальный мир. Например в 3D-игре, пользователь перемещая смартфон или мобильную игровую консоль, увидит другие стороны игровой — виртуальной реальности. Наклоняя смартфон вверх — пользователь увидит виртуальное небо, а наклоняя вниз — виртуальную землю. Вращая по сторонам света — может осмотреться вокруг — внутри виртуального мира. Гироскоп даёт программе данные о том, как ориентирован смартфон относительно реального мира, а программа связывает эти данные с виртуальным миром. Таким же образом, но уже не в игре, можно использовать гироскоп для формирования дополненной реальности.

Также гироскоп стал применяться в управляющих игровых контроллерах, таких как: Sixaxis для Sony PlayStation 3 и Wii MotionPlus для Nintendo Wii. В обоих перечисленных контроллерах использованы два дополняющих друг друга, пространственных сенсора: акселерометр и гироскоп. Впервые игровой контроллер, умеющий определять своё положение в пространстве, был выпущен компанией Nintendo — Wii Remote для игровой приставки Wii, но в нём используется только трёхмерный акселерометр. Трёхмерный акселерометр не способен давать точное измерение параметров вращения при высокодинамичных движениях. И именно поэтому в новейших игровых контроллерах: Sixaxis и Wii MotionPlus, кроме акселерометра, был использован дополнительный пространственный сенсор — гироскоп.

Игрушки на основе гироскопа

Самыми простыми примерами игрушек, сделанных на основе гироскопа, являются йо-йо, волчок (юла) и модели вертолетов.
Волчки отличаются от гироскопов тем, что не имеют ни одной неподвижной точки.
Кроме того, существует спортивный гироскопический тренажёр.

См. также

Примечания

1. ↑ Johann G. F. Bohnenberger (1817) «Beschreibung einer Maschine zur Erläuterung der Gesetze der Umdrehung der Erde um ihre Axe, und der Veränderung der Lage der letzteren» («Описание машины для объяснения законов вращения Земли вокруг своей оси и изменения направления последней») Tübinger Blätter für Naturwissenschaften und Arzneikunde, vol. 3, pages 72-83. В интернете: http://www.ion.org/museum/files/File_1.pdf
2. ↑ Simeon-Denis Poisson (1813) «Mémoire sur un cas particulier du mouvement de rotation des corps pesans» («Статья об особом случае вращательного движения массивных тел»), Journal de l’École Polytechnique, vol. 9, pages 247—262. В интернете: http://www.ion.org/museum/files/File_2.pdf
3. ↑ Фото гироскопа Боненбергера: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24
4. ↑ Walter R. Johnson (January 1832) «Description of an apparatus called the rotascope for exhibiting several phenomena and illustrating certain laws of rotary motion, » The American Journal of Science and Art, 1st series, vol. 21, no. 2, pages 265—280. В интернете: http://books.google.com/books?id=BjwPAAAAYAAJ&pg=PA265&lpg=PR5&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html
5. ↑ Illustrations of Walter R. Johnson’s gyroscope («rotascope») appear in: Board of Regents, Tenth Annual Report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution…. (Washington, D.C.: Cornelius Wendell, 1856), pages 177—178. В интернете: http://books.google.com/books?id=fEyT4sTd7ZkC&pg=PA178&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html
6. ↑ Wagner JF, «The Machine of Bohnenberger, » The Institute of Navigation. В интернете: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24
7. ↑ L. Foucault (1852) «Sur les phénomènes d’orientation des corps tournants entraînés par un axe fixe à la surface de la terre, » Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des Sciences (Paris), vol. 35, pages 424—427. В интернете: http://www.bookmine.org/memoirs/pendule.html . Scroll down to «Sur les phénomènes d’orientation …»
8. ↑ (1) Julius Plücker (September 1853) «Über die Fessel’sche rotationsmachine, » Annalen der Physik, vol. 166, no. 9, pages 174—177; (2) Julius Plücker (October 1853) «Noch ein wort über die Fessel’sche rotationsmachine, » Annalen der Physik, vol. 166, no. 10, pages 348—351; (3) Charles Wheatstone (1864) «On Fessel’s gyroscope, » Proceedings of the Royal Society of London, vol. 7, pages 43-48. В интернете: http://books.google.com/books?id=CtGEAAAAIAAJ&pg=RA1-PA307&lpg=RA1-PA307&dq=Fessel+gyroscope&source=bl&ots=ZP0mYYrp_d&sig=DGmUeU4MC8hAMuBtDSQn4GpAyWc&hl=en&ei=N4s9SqOaM5vKtgf62vUH&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=9 .
9. ↑ Савельев, 2004, с. 190-197
10. ↑ Lynch D.D. HRG Development at Delco, Litton, and Northrop Grumman //Proceedings of Anniversary Workshop on Solid-State Gyroscopy (19-21 May, 2008. Yalta, Ukraine). — Kyiv-Kharkiv. ATS of Ukraine. 2009. — ISBN 978-966-02-5248-6. — ISBN 978-976-02-5248-6 (ошибоч.).
11. ↑ Sarapuloff S.A. 15 Years of Solid-State Gyrodynamics Development in the USSR and Ukraine: Results and Perspectives of Applied Theory //Proc. of the National Technical Meeting of US Institute of Navigation (ION) (Santa Monica, Calif., USA. January 14-16,1997). — P.151-164.
12. ↑ ^{1 2 3 4 5} Распопов, 2009, с. 62-64
13. ↑ Georges Sagnac. L’ether lumineux demontre par l’effet du vent relatif d’ether dans un interferometre en rotation uniforme, Comptes Rendus 157 (1913), S. 708—710
14. ↑ Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 8-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2006. — 534 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-9221-0056-4
15. ↑ Савельев, 2004, с. 255-256
16. ↑ Пельпор, 1988, с. 170-171
17. ↑ Статья на сайте deepapple.com: «Тайна чипа AGD1 раскрыта, или Гироскоп iPhone 4 под рентгеном»
18. ↑ Форум IT-профессионалов. Статья: «Гироскоп в смартфоне откроет окно в новое измерение»

Литература

• Бороздин В. Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления: Учеб. пособие для ВТУЗов., М., Машиностроение, 1990.
• Меркурьев И. В., Подалков В. В. Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 228 с. — ISBN 978-5-9221-1125-6
• Гироскопические системы / Под ред. Д. С. Пельпора. В 3 ч. М.: Высш. шк., 1986—1988. Ч. 1: Теория гироскопов и гироскопических стабилизаторов.1986; Ч. 2: Гироскопические приборы и системы. 1988; Ч. 3: Элементы гироскопических приборов. 1988
• Павловский М. А. Теория гироскопов: Учебник для ВУЗов., Киев, Вища Школа, 1986.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 5-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2006. — Т. I. Механика. — 560 с. — ISBN 5-9221-0715-1
• В.В. Матвеев, В.Я. Распопов Основы построение бесплатформенных инерциальных навигационных систем. / Под ред. В.Я. Распопова. — 2-е изд. — СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2009. — 280 с. — ISBN 978-5-900780-73-3
• Савельев И. В. Курс общей физики:Механика. — М.: Астрель, 2004. — Т. 1. — 336 с. — 5000 экз. — ISBN 5-17-002963-2
• Пельпор Д.С. Гироскопические системы:Гироскопические приборы и системы. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1988. — Т. 2. — 424 с. — 6000 экз. — ISBN 5-06-001186-0

Кафедры

Российская Федерация

Украина

См. также

Ссылки

Гироскоп. Что такое гироскоп? История гироскопа. Принцип работы гироскопа.

Гироскоп. Что такое гироскоп?

Что такое гироскоп?

Гироскоп — это устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета.

Гироскопы представляют собой вращающиеся с высокой частотой твердые тела.

Простейший пример гироскопа — юла (волчок).

Гироскопический прибор — это техническое устройство, в котором в качестве основного элемента используется быстро вращающийся ротор, закрепленный таким образом, чтобы его ось вращения поворачивалась. Гироскопические приборы широко используются для решения навигационных задач либо в системах ручного и автоматического управления движением различных объектов.

Появление термина гироскоп.

Термин «гироскоп» впервые был использован Жаном Фуко, французским физиком, механиком и астрономом, в 1852 году в докладе во Французской Академии Наук. Доклад Жана Бернара Леона Фуко был посвящён способам экспериментального обнаружения вращения Земли в инерциальном пространстве.

История создания гироскопа.

До изобретения гироскопа люди использовали различные методы определения направления в пространстве. Вначале люди начали ориентироваться визуально по удалённым предметам, в частности, по Солнцу.

Уже в древности появились первые приборы, основанные на гравитации: отвес и уровень.

В средние века в Китае был изобретён компас, использующий магнетизм Земли.

В Древней Греции были созданы астролябия и другие приборы, основанные на измерениях относительно положения звёзд.

Первые прототипы современного гироскопа начали появляться в начале 19-го века.

Так, устройство, которое можно назвать гироскопом, изобрёл Иоганн Боненбергер, который в 1817 году опубликовал описание своего изобретения. А французский математик Пуассон, уже в 1813 году, упоминает Иоганна Боненбергера как изобретателя подобного устройства. Главной частью гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе.

В 1832 году американец Уолтер Р. Джонсон придумал гироскоп с вращающимся диском.

В 1852 году французский учёный Жан Фуко усовершенствовал подобное устройство, и дал ему название «гироскоп».

Именно Жан Фуко придумал название «гироскоп». Можно отметить, что Фуко, как и Боненбергер, использовал в гироскопе карданов подвес.

На фотографии гироскоп, изобретённый Жаном Фуко, изготовленный французским механиком Дюмолен-Фроментом, в 1852 году.

Главным свойством карданова подвеса является то, что если в него закрепить вращающееся тело, то оно будет сохранять направление оси вращения независимо от ориентации самого подвеса. Это свойство нашло применение в гироскопах и гироскопических приборах.

Начало использования гироскопов.

В первых гироскопах скорость вращения быстро снижалась из-за силы трения. Во второй половине 19-го века было предложено для разгона и поддержания скорости вращения гироскопа использовать электродвигатель.

Преимуществом гироскопа и гироскопических приборов перед другими более древними приборами, использовавшимися при измерениях, явилось то, что он правильно работает в сложных условиях. Например, плохая видимость, различные колебания, тряска, и электромагнитные воздействия.

Впервые на практике гироскопический прибор был применён в 1880-х годах австрийским инженером Л.Обри для стабилизации курса торпеды.

Следующее применение гироскопа в технике также относится к морскому делу. Гироскоп использовали при разработке морского указателя курса — гирокомпаса. Прототип современного гирокомпаса первым создал Герман Аншютц-Кэмпфе (запатентован в 1908), вскоре подобный прибор построил американский инженер Э. Сперри (запатентован в 1911). 

В 20-м веке гироскопы стали широко использоваться на самолётах, вертолетах, ракетах, подводных лодках, вместо компаса или совместно с ним.

Гироскопы. Использование гироскопов.

Свойства гироскопа используются в приборах — гироскопах, основной частью которых является быстро вращающийся ротор, который имеет несколько степеней свободы (осей возможного вращения).

Чаще всего используются гироскопы, помещённые в карданов подвес. Такие гироскопы имеют 3 степени свободы.

Гироскопы, у которых центр масс совпадает с центром подвеса O, называются астатическими, в противном случае — статическими гироскопами.

Для обеспечения вращения ротора гироскопа с высокой скоростью применяются специальные гиромоторы.

Для управления гироскопом и снятия с него информации используются датчики угла и датчики момента.

Гироскопы используются в виде компонентов как в системах навигации (авиагоризонт, гирокомпас и т. п.), так и в системах ориентации и стабилизации различных аппаратов.

Развитие гироскопических приборов.

Постоянно растущие требования к точностным и эксплуатационным характеристикам гиро-приборов заставили ученых и инженеров многих стран мира не только усовершенствовать классические гироскопы с вращающимся ротором, но и искать принципиально новые идеи, позволившие решить проблему создания чувствительных датчиков для измерения и отображения параметров углового движения объекта.

В настоящее время известно более ста различных явлений и физических принципов, которые позволяют решать гироскопические задачи. В США, ЕС, Японии, России выданы тысячи патентов и авторских свидетельств на соответствующие открытия и изобретения.

Поскольку прецизионные гироскопы используются в системах наведения стратегических ракет большой дальности, во время холодной войны информация об исследованиях, проводимых в этой области, классифицировалась как сверхсекретная.

Сегодня созданы достаточно надежные и точные гироскопические системы, удовлетворяющие большой круг потребителей.

Современные гироскопические приборы работают и обеспечивают высокую точность необходимых измерений в любом месте — под землёй, под водой, в космосе.

Гироскоп. Что такое гироскоп? История гироскопа. Принцип работы гироскопа.

Женский сайт: Я-самая-красивая.рф (www.i-kiss.ru)

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

Что такое гироскоп на iphone. Гироскоп, что это в телефоне и как он используется

Или технологией Bluetooth был чем-то необычным. Теперь же все эти функции стали привычными, а некоторые из них даже успели устареть. Производители добавляют в свои модели новые возможности, одна из которых — гироскоп в телефоне. Что же он из себя представляет, как применяется?

Гироскоп и акселерометр

Многие люди часто путают эти два понятия. Давайте разберёмся.

Акселерометр, или G-сенсор — устройство, которое отслеживает изменение положения девайса относительно своей оси — например, повороты влево-вправо, на себя и от себя.

Гироскоп в телефоне позволяет регистрировать не только эти действия, но и любые перемещения устройства в пространстве, а также фиксировать скорость перемещения. Поэтому можно считать его улучшенным акселерометром.

Принцип действия гироскопа

Устройство представляет собой диск, который закреплён на двух подвижных рамках. Он быстро вращается. При изменении положения этих рамок, диск не сдвигается с места. Если постоянно поддерживать вращение, например, с помощью электромотора, то можно с точностью определить положение объекта, на котором установлен гироскоп. Это может быть использовано и для определения сторон света.

Варианты применения

Ещё в девятнадцатом веке гироскоп использовался военно-морскими силами и гражданскими судами, так как с помощью него можно было наиболее точно определить стороны света. Ещё он нашёл своё применение в авиации и ракетной технике.

Гироскоп iPhone 4

В Айфоне конструкция прибора немного отличается от классической, поскольку она выполнена на основе микроэлектромеханического датчика. Принцип же действия остаётся прежним.

Гироскоп в телефоне имеет очень большую сферу применения. Безусловно, в первую очередь это разнообразные игры, использующие данную технологию. Наиболее популярные среди них — гоночные симуляторы и шутеры. Для примера: в шутерах используется так называемая «дополненная реальность» — выстрелы производятся с помощью нажатия, а для того, чтобы прицелиться, нужно изменить положение смартфона — камера в игре передвинется точно так же.

Кроме игровой индустрии, гироскоп применяется в разнообразном программном обеспечении. С его помощью доступ к различным функциям становится гораздо удобнее. Например, в некоторых операционных системах при встряхивании устройства происходит обновление Bluetooth. Ещё эта технология применяется в ряде специфических приложений, служащих для измерения угла наклона (уровня).

Мобильная индустрия в последнее время развивается всё быстрее и быстрее. Ещё недавно гироскоп в телефоне был модной новинкой, а теперь он используется повсеместно и считается привычной деталью любого смартфона. Возможно, всего через несколько лет появится новое поколение устройств, позволяющих проецировать изображение на любую точку пространства, ведь наука идёт вперёд семимильными шагами. Пока же мы можем только строить предположения по этому поводу и искать способы применения тем технологиям, которые уже изобретены.

Гироскоп в телефоне впервые появился с выходом iPhone 4. Таким образом, в мобильные устройства снова внедрили дополнительные аппаратные средства. Теперь смартфоны умеют не только определять свое географическое местоположение, ориентацию в пространстве и автоматически разворачивать фотографии для удобного просмотра. Благодаря очередному нововведению устройства также научились фиксировать вращение (например, если пользователь находится на офисном стуле, который может поворачиваться в разные стороны). В результате функциональные возможности смартфонов расширились еще больше.

Что такое гироскоп?

Акселерометр может измерять линейное ускорение относительно системы координат. Это используется для определения ориентации телефона. В результате этого нововведения в свое время появилось множество новых полезных функций. В зависимости от ориентации телефона пользовательский интерфейс (UI) может автоматически поворачиваться в портретном или ландшафтном режиме. Благодаря этому появились новые возможности для создания мобильных игр.

В наше время сложно представить себе гоночную игру для смартфона, которая не поддерживает акселерометр. Каждый раз, когда автомобиль нужно было повернуть, приходилось нажимать определенную кнопку на сенсорном экране. Калибровка акселерометра вывела игровой процесс на новый уровень, ведь теперь мы можем выполнять повороты за счет наклонов мобильного устройства. Благодаря этому нововведению было создано множество популярных игр.

Но зачем телефону нужен гироскоп, если уже есть акселерометр? На самом деле акселерометр измеряет только линейное ускорение устройства, тогда как гироскоп определяет его ориентацию. Фактически он может фиксировать свое движение в пространстве, включая вертикальное и горизонтальное вращение.

Тем, кто интересуется, что такое гироскоп в смартфоне, будет интересно узнать о его практическом применении. Чтобы понять принцип действия этого устройства, нужно представить себе игру Counter-Strike, которую перенесли на мобильную платформу. В таких играх мы должны двигаться во всех направлениях. Без поддержки гироскопа нам нужно было бы провести пальцем по сенсорному экрану, чтобы получить возможность двигаться в правильном направлении. В результате через некоторое время пользователь пришел бы к выводу, что управление игрой реализовано неудачно.

С внедрением гироскопа игровой процесс стал более приятным. Теперь пользователь может просто передвигать телефон в пространстве для управления игрой. Гироскоп определит ваше движение, и умная система поймет, что вы хотите сделать. Теперь игроку не нужно использовать свои пальцы для управления ходьбой и прицеливанием. Вместо этого появляется возможность сосредоточиться на стрельбе за счет прикосновений к сенсорному экрану.

Для управления подобными играми можно использовать акселерометр и встроенный компас, но в таком случае очень сильно страдает точность и плавность. Благодаря гироскопу появилась возможность сделать управление играми максимально приближенным к игровым консолям и ПК. Что касается аппаратных средств, то в мобильных телефонах используются устройства на основе MEMS (микроэлектромеханических систем). Далее в качестве примеров будут рассмотрены популярные телефоны с гироскопом.

Компания Apple впервые представила новое изобретение за счет его внедрения в iPhone 4. Когда эта фирма установила акселерометр на своем телефоне первого поколения, он сразу же приобрел всемирную известность. В результате был установлен новый тренд, и каждый производитель смартфонов стремился внедрить это нововведение на своих устройствах. Затем история повторилась, потому что гироскоп тоже стал объектом зависти среди конкурентов. Пользователи мобильных устройств были в восторге, когда Стив Джобс продемонстрировал возможности iPhone 4. В результате в магазине приложений появилось множество интересных игр с задействованным гироскопом.

Телефон Nexus S — это совместный продукт компаний Google и Samsung. Он стал первым устройством на базе Android, получившим гироскоп. Благодаря добавлению некоторых действительно продвинутых функций, таких как NFC, телефон составил серьезную конкуренцию iPhone 4. Поддержка API-интерфейса гироскопа была добавлена в Android 2.3 Gingerbread, благодаря чему разработчики получили возможность создавать интересные игры и приложения.

Список устройств Андроид, оснащенных этим нововведением, стремительно расширялся, благодаря чему многие пользователи смогли оценить его возможности. Вскоре после Nexus гироскоп установили на телефоне LG Optimus 2X. Кроме того, это устройство прославилось как первый в мире смартфон с двухъядерным процессором (1 GHz NVIDIA Tegra 2 AP20H Dual Core Processor).

Видео обзор: что такое гироскоп на Андроид

Новейшие смартфоны оснащены многочисленными датчиками. Одним из самых полезных модулей выступает гироскоп. Для чего такое устройство внедряют в системы сотовых телефонов? Гироскоп в смартфоне — что это? Какие функции на него возложены? Обо всем этом пойдет речь в нашей публикации.

Краткий экскурс в историю

Гироскоп — изобретение французского ученого Леона Фуко. Прототип, согласно принципу работы которого функционируют современные устройства, использовался физиком в целях отслеживания особенностей суточного вращения планеты.

Инновационные гироскопы используются не только для отслеживания специфики колебания различных тел. В наши дни основным назначением прибора является определение углов отклонения предметов по отношению к плоскостям. Для чего нужен гироскоп в смартфоне? Комбинирование такого модуля с акселерометром открывает возможность для отслеживания движений телефона в трехмерном пространстве.

Впервые средство сотовой связи с таким модулем на борту представила компания Apple. Случилось это в ходе презентации модели смартфона iPhone 4. Впоследствии инновационному решению стали подражать самые различные разработчики телефонов.

Гироскоп в смартфоне — что это?

Гироскоп в сотовом телефоне не имеет ничего общего с традиционным механическим устройством. Здесь модуль представляет собой микроскопическую электронную плату, которая способна вычислять угловые скорости, передавая соответствующую информацию в виде электрических сигналов. Как правило, габариты такого чипа составляют всего лишь несколько миллиметров. Если отвечать в общих чертах на вопрос: «Гироскоп в смартфоне — что это?», то несведущему человеку может показаться, что никакой особой пользы владельцу эта фишка не несет — применение устройства направлено всего лишь на определение отклонения мобильного гаджета от собственной оси. Но так ли это?

Отличие гироскопа от акселерометра

Гироскоп в смартфоне — что это? Такой модуль способен передавать данные тем или иным приложениям об угле наклона мобильного гаджета по отношению к земной поверхности. Подобная функция закреплена также за акселерометром. Однако указанные девайсы имеют различный принцип работы. Ведь функционирование акселерометра основано на вычислении собственного ускорения в пространстве. На практике отмеченные возможности обеих систем оказываются взаимозаменяемыми. Именно по этой причине современные смартфоны оснащаются как гироскопом, так и акселерометром.

Функции гироскопа

Зачем нужен гироскоп в смартфоне? Применение датчика открывает следующие возможности. В первую очередь благодаря элементарному встряхиванию мобильного телефона пользователь способен быстро ответить на входящий звонок. Гироскоп позволяет просматривать изображения, переключать аудиозаписи в плеере, облегчает переворачивание страниц во время просмотра текстовых документов.

Еще зачем гироскоп в смартфоне? Чрезвычайно удобным модуль становится при использовании калькулятора. Благодаря отклонению гаджета в ту или иную сторону можно выбирать функции умножения, деления, вычитать и слагать значения.

Разработчики мобильных устройств нашли применение гироскопу также при работе с различными приложениями и программным обеспечением. При встряхивании некоторых устройств автоматически происходит обновление Bluetooth. Очень удобным наличие модуля становится при необходимости измерения уровней и углов наклона.

Гироскоп незаменим в случае работы с электронными картами. Модуль дает возможность определять точное положение пользователя на определенной местности. При запуске навигатора карта будет менять положение вслед за поворотом человека. Если пользователь развернется лицом к тому или иному объекту, это сразу же отобразится на визуальной схеме. Такая функция будет крайне полезной для людей, которые увлекаются активным отдыхом, в частности путешествиями и ориентированием на местности.

Без гироскопа не могут обойтись любители мобильных игр. Функциональный модуль способствует созданию более реалистичной картинки и облегчает управление. Особенно правдоподобными благодаря гироскопу становятся всевозможные симуляторы, шутеры, трехмерные бродилки. Чтобы езда на виртуальной машине либо полет на самолете казались более реальными, достаточно изменения положения смартфона в одной из плоскостей.

Если пользователь мобильного телефона в дальнейшем планирует использовать шлем виртуальной реальности, в таком случае наличие гороскопа выступает обязательным условием. Без датчика станет невозможным отслеживание системой смартфона поворотов головы, перемещения человека в пространстве.

Недостатки

Но наличие в смартфоне гироскопа может обернуться минусом, да таким, что отдельные пользователи стараются сразу же отключить функциональный модуль. Речь идет о реакции некоторых приложений на изменения положения сотового телефона в пространстве со значительным запозданием.

Сравнительным недостатком наличия гироскопа в смартфоне выступают неудобства, которые способны возникать при чтении электронной книги. Если пользователь произвольно меняет позу, датчик тут же преобразит ориентацию странички в соответствующей плоскости. Подобные моменты обычно вызывают раздражение.

Как определить, есть ли гироскоп в смартфоне

Узнать о присутствии функционального модуля в системе мобильного устройства можно несколькими способами. Наиболее простой и доступный вариант — ознакомление с описанием модели смартфона на официальном сайте изготовителя либо просмотр прилагающейся к гаджету технической документации.

Существуют и другие решения. Например, можно прибегнуть к установке на телефон специальных приложений. Одним из таковых выступает AnTuTu Benchmark. После инсталляции и запуска приложения достаточно перейти на вкладку «Информация». Через несколько мгновений на экране отобразятся все спецификации смартфона.

В качестве альтернативы вышеуказанному варианту можно воспользоваться утилитой Sensor Sense. Приложение фиксирует данные, которые исходят со всех датчиков, встроенных в мобильное устройство. Если в списке «запеленгованных» модулей не окажется гироскопа, это будет свидетельствовать о его отсутствии.

Немногие компании могут похвастаться тем, что с их подачи будущее индустрии строится и меняется на глазах. Год назад наличие гироскопа в смартфоне показалось бы нам совершенно нелогичным вложением денег со стороны производителя. Зачем он нужен? Оказалось, что нужен — после iPhone 4 этим модулем начали оснащать все передовые смартфоны от других производителей. Но лишь после .

Гироскоп относится к «семейству» микроэлектромеханических систем, куда входят акселерометры, магнитометрические и прочие узкоспециализированные датчики. Рынок этих миниатюрнейших элементов, так же известных как MEMS , получил серьёзный толчок для развития в тот момент, когда Apple начали устанавливать гироскоп в iPhone 4, а затем и в iPod Touch последнего поколения. Более чем успешные продажи iДевайсов привели к тому, что производители элементов МЭМС по итогам года стали заметно богаче прежнего.

Apple iPhone 4 стал вехой для рынка МЭМС. Являясь первым телефоном, использующим гироскоп и одним из первых мобильных устройств, использующих два МЭМС-микрофона для подавления шума, iPhone 4 произвёл огромный эффект на индустрию телефонов: целый ворох компаний стали предлагать устройства с такими же элементами.

Джереми Боучад, аналитический директор подразделения МЭМС в IHS

Лучше всего это заметно на следующем примере. На конец 2010 года менее пяти телефонов, выпущенных на рынок, могли похвастаться наличием гироскопа. В 2011 ожидаются более 45 телефонов и планшетов с гироскопом. Если вы до сих пор не нашли применения этой штуке в своей «четвёрке» — обратите внимание на применения достаточно перспективного сенсора для индустрии развлечений. [9to5mac ]

Что такое гироскоп и где он встречается

Гироскоп. Что это такое? | Робототехника

Сегодня это слово на слуху. Если в двух предложениях выделить, это прибор в котором используются энергия вращающегося тела и он используется для позиционирования тела в пространстве. А теперь подробнее и по порядку.

История возникновения гироскопа относится еще к началу 19 века, а широкое использование он получил в 20 веке в основном в военной технике ( для стабилизации хода торпеды или полета самолета). Самый простой пример гироскопа в быту — это обычный волчок или юла. Чем быстрее он вращается, тем он более устойчив, но при этом спокойно перемещается по поверхности. В момент остановки его начинает «лихорадить» — это как раз процесс момент смены оси вращения и хаотичные выбросы энергии.

Принцип действия гироскопа основан на законе сохранения энергии и и свойстве вращающегося тела — сохранять свое угловое положение относительно осей координат в пространстве. Это значит, если в данной конструкции раскрутить ротор, то при перемещении нечего не происходит, а при вращении вокруг любой из осей, положение ротора неизменно, а корпус и обе рамы будут свободно менять свое положение.

устройство гироскопа.

Таким образом если проградуировать шкалы у корпуса и рам, то можно понимать на сколько было отклонение в конкретных значениях.

использование гироскопа как гирокомпаса.

Как видим из рисунка, сила тяжести хоть и действует на гироскоп, но не действует на его положение наклона в пространстве.

Почему нам важно знать про гироскоп, это единственный способ знать о своем угловом положении в пространстве. С помощью него можно создать внутреннюю систему координат и стабилизировать свое положение. На первой картинке представлен трехосевой гироскоп, который может быть заменен тремя одно осевыми, каждый из которых отвечает за свою ось. Тогда конструкция проще для каждого гироскопа, но в целом сложнее. Для того чтобы гироскоп постоянно был в работе его постоянно необходимо поддерживать механической энергией — держать обороты с помощью электродвигателя. Отличный пример гироскопа есть на этом видео.

Тут, кстати, показан маятник Джанибекова, он тоже является своеобразным гироскопом.

Еще одно свойство гироскопа проявлется в момент поворота оси вращения. Если взять в руки велосипедное колесо за втулку и раскрутить, то оно станет гироскопом. Теперь смотря на колесо в плоскости вращения, попробуйте повернуть втулку по часовой стрелке, плоскость колеса тут же начнет разворачиваться к Вам. Именно по этой причине, велосипед на низкой или нулевой скорости не устойчив, а при большой скорости, когда два колеса — гироскопы то, чтобы его уронить, надо постараться.

Помимо механических или роторных гироскопов, есть еще пьезоэлектрические гироскопы, вибрационные гироскопы, оптические гироскопы.

Особенно хорошо гироскопы применяются в современных игрушках, таких как, квадрокоптеры, вертолеты. Но помимо самих чувствительных элементов, большую роль играет вычислительная база и программа. Это на самом деле очень серьезные задачи, требующие глубоких знаний как в математике, так и в регулировании.

В любом случае изучение робототехники будет требовать от Вас освоения этого прибора и мат. аппарата работы с ним.

Если Вам понравилась публикация, подписывайтесь на канал, за Ваши лайки чаще показывают Наши публикации.

Для поиска публикаций через поисковые системы, просто вводите слово Вивитроника.

Свои комментарии можете предлагать в группе вконтакте,

Если есть вопросы или по желания, то пишите, через Обратную связь.

Канал телеграм.

Гироскоп, что это в телефоне и как он используется. Зачем нужен гироскоп и как узнать, есть ли он в смартфоне

Последнее время (года так с 2015) все больше пользователей заинтересовалось: а есть ли гироскоп в смартфоне, которым они постоянно пользуются? Особенно сильно на это повлияла недавно вышедшая игра Pokemon Go, требующая наличия этого датчика. Без него «Покемоны» не могут работать в режиме дополненной реальности, показывая зверушку в естественной среде обитания.

Не только игры требуют наличие гироскопа. Как и цифровой компас, он позволяет улучшить работу навигационной системы, позволяет реализовать некоторые жестовые элементы управления и т.д. Часто гироскоп совмещен с акселерометром смартфона, и в этом тандеме смартфон можно использовать при просмотре виртуальной реальности в очках. Но иногда может применяться только один из датчиков. Узнать, как работает и зачем нужен гироскоп, выяснить, есть ли он в вашем смартфоне, поможет статья.

Что такое гороскоп?

Гироскоп – это специальный датчик в смартфоне, работающий за счет определения вектора силы тяжести. Он позволяет определить, в какую сторону она направлена, чтобы определить положение устройства в пространстве. Классический гироскоп представляет собой подставку с обручем, в котором на шарнире закреплен обруч меньшего размера. Внутри него находится еще один обруч, а в центре обруча располагается вращающийся диск-ротор на шпильке.

Как Стив Джобс продвигал гироскоп и акселерометр в смартфоне

Под действием силы тяжести диск всегда находится в одном положении, вне зависимости от того, в какую сторону наклонен гироскоп. Эта особенность позволяет регистрировать отклонения подвеса гироскопа для определения положения в пространстве. Однако классический гироскоп в карданном подвесе неприменим в миниатюрной электронике. В смартфонах устанавливаются более миниатюрные MEMS (микроэлектромеханические системы) с детектирующим кольцом. Размеры их корпуса составляют от 5 до 10 мм в ширину и длину, 2-5 мм в высоту, что приемлемо для смартфона.

Зачем гироскоп в смартфоне?

Наиболее востребованной функцией, возложенной на гироскоп смартфона (это было больше 5 лет назад) стало определение положения для автоматического поворота изображения на экране. Затем датчик стали использовать в навигационных программах, играх, приложениях, выполняющих работу строительного уровня. Его данные могут использоваться для жестового управления. Например, при перевороте устройства экраном вниз – включается беззвучный режим или блокируется экран.

Возможности применения гироскопа достаточно широки и ограничиваются лишь фантазией разработчиков программ. Совместно с акселерометром, датчик используется в большинстве современных 3D-игр. Вы можете совместно с VR-гарнитурой для смартфона играть и просматривать 360-градусный контент. Функции обоих сенсоров похожи, они взаимозаменяемы на 90 %. Однако часто производители отказываются от одного из датчиков, и в этом случае поиграть в очках не получится, отзывчивость будет на низком уровне.

Как узнать, есть ли в смартфоне гироскоп?

Определить есть ли гироскоп в смартфоне, проще всего владельцам техники Apple. Если у вас iPhone 4 или новее – датчик точно присутствует на плате. Владельцы устройств на базе ОС Android могут воспользоваться приложениями, отображающими полные технические характеристики смартфона.

В Aida64 просмотреть, какие сенсоры есть на борту, можно во вкладке «Датчики». Такая же функциональность есть в популярном бенчмарке AnTuTu. Детально просмотреть показания гироскопа и узнать, правильно ли он работает, можно в приложении Sensor Sense. В приложении Sensor Kinetics можно найти данные о любых датчиках смартфона и проверить их работоспособность.

Мобильные телефоны с каждым годом становятся сложнее. Чтобы пересчитать количество всех датчиков, встроенных в современные смартфоны, может не хватить пальцев обеих рук. Гироскоп в телефоне – что это за сенсор, как он работает, каково его применение, можно ли отключить этот прибор? Эти вопросы будут рассмотрены для тех, кто хочет хорошо разбираться в своем смартфоне.

Что такое гироскоп

Юла, она же волчок – известная игрушка. Она при быстром вращении сохраняет устойчивость на одной точке опоры. Это незамысловатое устройство является простейшим примером гироскопа – приспособления, реагирующего на изменения углов ориентации тела, на котором оно установлено, в трех плоскостях. Термин впервые использовал французский физик и математик Жан Фуко.

Гироскопы классифицируют по количеству степеней свободы и по принципу действия (механические и оптические). Вибрационные гиродатчики, подвид механических, широко используются в мобильных устройствах. Применение GPS-навигации отодвинуло на второй план изначальную функцию гироскопов – помощь при ориентации на местности, но эта технология все еще незаменима в современных моделях телефонов.

Отличие от акселерометра

На современных мобильных гаджетах часто установлены оба эти прибора. Ключевое отличие гироскопа от акселерометра и других сенсоров заключается в самом принципе работы данных аппаратов. Первый определяет собственный угол наклона относительно земли, а второй способен измерять линейное ускорение. Преимущество акселерометра – знание ускорения позволяет точно вычислить расстояние, на которое было перемещено устройство.

На практике оба прибора могут как заменять, так и дополнять друг друга. Фактически и тот, и тот лишь регистрируют положение относительно земной поверхности. Как и гироскоп, акселерометр может передавать сведения об ускорении смартфону, на который он установлен.Часто используются оба датчика; они хорошо взаимодействуют. В таблице зафиксированы ключевые особенности приборов.

Принцип работы­

Простыми словами, гироскоп – это волчок, быстро вращающийся вокруг вертикальной оси, закрепленный на раме, которая способна поворачиваться вокруг горизонтальной оси, и закреплена на другой раме, которая поворачивается вокруг третьей оси. Как бы мы ни поворачивали волчок, он всегда имеет возможность все равно находиться в вертикальном положении. Датчики снимают сигнал, как волчок ориентирован относительно рам, а процессор получает информацию и считывает с высокой точностью, как рамы в этом случае должны быть расположены относительно силы тяжести.

Что такое гироскоп в смартфоне

Современные мобильные устройства в большинстве своем оснащены гироскопами. Их еще называют гиродатчиками. Этот элемент смартфона работает на постоянной основе, автономно, не требует калибровки. Этот прибор не нужно включать, но в некоторых телефонах есть функция отключения с целью экономии энергии. Выполнен он в виде микроэлектромеханической схемы, расположенной под корпусом смартфона.

Для чего нужен

Внедрение технологии гиродачиков в мобильные девайсы существенно расширило их функционал и добавило новый способ управления устройствами. Например, простое встряхивание телефона позволит ответить на входящий звонок. Изменение ориентации экрана с помощью наклонов смартфона тоже реализовано благодаря гиродатчикам; этот прибор обеспечивает стабилизацию камеры. В приложении «Калькулятор» простой поворот экрана на 90 градусов открывает дополнительные функции программы.

Гиродатчик очень упростил пользование встроенными в смартфон картами. Если человек повернет свой девайс «лицом» к, скажем, конкретной улице, то это отобразится на карте с высокой точностью. Хороший смартфон с гироскопом обеспечивает пару интересных возможностей для мобильного гейминга. Управление виртуальным автомобилем становится невероятно реалистичным, когда для вождения машины используются повороты смартфона. В технологиях виртуальной реальности с помощью гиродатчиков отслеживаются повороты головы.

Как работает гироскопический датчик

В гиродатчике есть две массы, двигающиеся в противоположных направлениях. Когда появляется угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, направленная перпендикулярно их движению. Происходит смещение масс на величину, пропорциональную прикладываемой скорости. Меняется расстояние между подвижными и неподвижными электродами, что приводит к изменению емкости конденсатора и напряжению на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Такие электронные сигналы и распознаются гиродатчиком.

Как узнать, есть ли гироскоп в смартфоне

Простой способ – ознакомиться с характеристиками девайса на официальном сайте производителя. Если гиродатчик имеется – это обязательно будет указано. Некоторые производители умалчивают о том, есть ли гироскоп на телефоне, не желая тратить на него место. Их можно понять – все сейчас стремятся сделать телефон легче и тоньше. В таких случаях помогут сторонние приложения.

На YouTube есть целый раздел видео, которые можно поворачивать на 360 градусов. Если у вас поддерживается возможность управления таким видео через повороты смартфона, значит работает гироскоп. Еще можно установить приложение AnTuTu Benchmark, которое проводит полную диагностику вашего устройства. Там вы найдете строку о наличии или отсутствии гироскопа.

В каких телефонах есть гироскоп

Первым смартфоном, в котором был установлен гиродатчик, является Iphone 4. Покупатели позитивно отнеслись к такому нововведению и с тех пор телефоны с гироскопом начали заполнять рынок. Все последующие версии смартфонов Apple были оборудованы гиродатчиками. Владельцам андроид-устройств в этом плане немного сложнее, благо, о наличии датчика можно спросить у консультанта перед покупкой, или проверить самому. Гироскоп в телефоне – это важный бонус.

Видео

Или технологией Bluetooth был чем-то необычным. Теперь же все эти функции стали привычными, а некоторые из них даже успели устареть. Производители добавляют в свои модели новые возможности, одна из которых — гироскоп в телефоне. Что же он из себя представляет, как применяется?

Гироскоп и акселерометр

Многие люди часто путают эти два понятия. Давайте разберёмся.

Акселерометр, или G-сенсор — устройство, которое отслеживает изменение положения девайса относительно своей оси — например, повороты влево-вправо, на себя и от себя.

Гироскоп в телефоне позволяет регистрировать не только эти действия, но и любые перемещения устройства в пространстве, а также фиксировать скорость перемещения. Поэтому можно считать его улучшенным акселерометром.

Принцип действия гироскопа

Устройство представляет собой диск, который закреплён на двух подвижных рамках. Он быстро вращается. При изменении положения этих рамок, диск не сдвигается с места. Если постоянно поддерживать вращение, например, с помощью электромотора, то можно с точностью определить положение объекта, на котором установлен гироскоп. Это может быть использовано и для определения сторон света.

Варианты применения

Ещё в девятнадцатом веке гироскоп использовался военно-морскими силами и гражданскими судами, так как с помощью него можно было наиболее точно определить стороны света. Ещё он нашёл своё применение в авиации и ракетной технике.

Гироскоп iPhone 4

В Айфоне конструкция прибора немного отличается от классической, поскольку она выполнена на основе микроэлектромеханического датчика. Принцип же действия остаётся прежним.

Гироскоп в телефоне имеет очень большую сферу применения. Безусловно, в первую очередь это разнообразные игры, использующие данную технологию. Наиболее популярные среди них — гоночные симуляторы и шутеры. Для примера: в шутерах используется так называемая «дополненная реальность» — выстрелы производятся с помощью нажатия, а для того, чтобы прицелиться, нужно изменить положение смартфона — камера в игре передвинется точно так же.

Кроме игровой индустрии, гироскоп применяется в разнообразном программном обеспечении. С его помощью доступ к различным функциям становится гораздо удобнее. Например, в некоторых операционных системах при встряхивании устройства происходит обновление Bluetooth. Ещё эта технология применяется в ряде специфических приложений, служащих для измерения угла наклона (уровня).

Мобильная индустрия в последнее время развивается всё быстрее и быстрее. Ещё недавно гироскоп в телефоне был модной новинкой, а теперь он используется повсеместно и считается привычной деталью любого смартфона. Возможно, всего через несколько лет появится новое поколение устройств, позволяющих проецировать изображение на любую точку пространства, ведь наука идёт вперёд семимильными шагами. Пока же мы можем только строить предположения по этому поводу и искать способы применения тем технологиям, которые уже изобретены.

В конце прошлого месяца, предлагает пользователям новый микроэлектромеханический гироскоп (MEMS). Но что он из себя представляет и как работает? Компания Chipworks, по просьбе хорошо нам знакомых , сделала рентгеновские снимки неизвестной ранее схемы с маркировкой AGD1 2022 FP6AQ.

Как и предполагалось, именно этот чип и оказался 3-степенным гироскопом. Правда, для начала неплохо было бы разобраться, что такое гироскоп и за счет чего он работает.

Согласно , приведенному в Википедии, гироскоп является устройством, способным измерять изменение углов ориентации связанного с ним тела относительно инерциальной системы координат, как правило основанное на законе сохранения вращательного момента (момента импульса). Ключевой частью фразы является «способность измерять изменения углов ориентации», благодаря чему, собственно, он и стал применяться в новой итерации яблочного смартфона.

Существует несколько вариаций гироскопа, одна из которых представлена на рисунке ниже. Это простейший механический экземпляр, который использует быстро вращающийся ротор для получения данных об ориентации в пространстве.

Чип, представленный в является разновидностью другого класса гироскопов — вибрационного, работающего благодаря . Такие устройства сохраняют свои колебания в одной плоскости при повороте и являются более простыми/дешевыми (менее 10$ за штуку) в производстве по сравнению с роторными образцами, позволяя добиться практически такой же точности.

И если уж быть совсем точным, то такая разновидность называется микроэлектромеханическим (MEMS) гироскопом.

Микроэлектромеханическая система объединяет в себе (как это, наверное, понятно из названия) электронные и механические компоненты в очень маленьком объеме пространства — обычно, размеры элементов системы колеблются в диапазоне от 1 до 100 микрометров. В основе MEMS-устройства лежит специализированная интегральная схема (ASIC), предназначенная для решения конкретной задачи, и несколько микросенсорных датчиков.

Вполне может быть, что гиками из iFixit чип с маркировкой AGD1 2022 FP6AQ был разработан компанией STMicroelectronics. В частности, это подтверждается рентгеновскими снимками Chipworks, которые выяснили — гироскоп из калифорнийского смартфона очень сильно конструкционно похож на модель STMicro L3G4200D.

Конструкция на снимках — это ни что иное, как кристалл, размещенный на кремниевой основе, с чувствительной массой, которая под действием силы Кориолиса изменяет свое положение в пространстве. Данные изменения фиксируются по осям X, Y и Z расположенными «по соседству» конденсаторами и преобразуются интегральной схемой ASIC в цифровой сигнал, который далее посылается на обработку процессором А4.

Насколько я знаю, единственным на сегодняшний день приложением, поддерживающим гироскоп, является игра производства ngmoco:) под названием Eliminate: Gun Range . В ней предлагается управлять прицелом оружия в виртуальном тире. В совокупности с ретина-дисплеем пользователю обещают отличный геймплей всего за 99 центов.

В принципе, для того, чтобы оценить работу приложения и гироскопа, даже не нужно покупать смартфон и игру — достаточно посмотреть промо-видео:

Преимущество гироскопа над акселерометром заключается в том, что при помощи первого можно намного проще и точнее определить изменение положения объекта в пространстве.

Что такое гироскоп? — Определение с сайта WhatIs.com

Гироскоп — это устройство с вращающимся диском или колесным механизмом, в котором используется принцип сохранения углового момента: стремление вращения системы оставаться постоянным, если не подвергается воздействию внешнего крутящего момента.

используются во многих изобретениях, как старых, так и новых, для стабилизации, направления или измерения вращательного движения. Например, колеса велосипеда действуют как гироскопы, когда они набирают скорость, благодаря чему легче оставаться в вертикальном положении и труднее нарушить инерцию.Управляемые ракеты используют гироскопы для отслеживания и определения курса.

Изменение направления устройства с гироскопом достигается вращением гироскопа, изменением его оси выходной силы. Измерение вращения многоосных гироскопов с помощью датчиков обеспечивает точное измерение и управление многими устройствами.

Большая часть недавних дискуссий, связанных с гироскопами, вращается вокруг смартфонов. В сочетании с гироскопами и технологией отслеживания местоположения акселерометры смартфонов могут использоваться для обнаружения движения устройства в трехмерном пространстве.Это точное отслеживание движения используется для таких функций, как правильная ориентация дисплея для просмотра. Датчики можно использовать для управления играми, приложениями и виртуальной реальностью не только в смартфонах, но и в других устройствах, например, в гарнитурах VR.

Несмотря на свою полезность в этих областях, гироскопы также представляют некоторые проблемы с безопасностью. Возможности гироскопов также могут использоваться для отслеживания местоположения по желанию пользователя или других сторон, которые имеют или получают доступ к устройству.Наряду с модифицированным программным обеспечением для распознавания речи устройства могут включать подслушивание, когда микрофон недоступен. Они также могут использоваться для поддержания точности атак с помощью вибрации клавиатуры, несмотря на движение телефона.

Последнее обновление было выполнено в марте 2016 г.

  Прочтите о влиянии вращения Земли на гироскоп - на экваторе и полюсе  

  Также прочтите: 
  Путь, пройденный гироскопом
Незатухающие колебания гироскопа 
  Период установления гироскопа