Меню

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

Содержание

Гироскоп — это… Что такое Гироскоп?

Иллюстрация к основному свойству 3-степенного гироскопа (идеализированное функционирование).

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».

Прецессия

История

Гироскоп, изобретённый Фуко (построил Дюмолен-Фромент, 1852)

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

[8].

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

Среди механических гироскопов выделяется ро́торный гироско́п — быстро вращающееся твёрдое тело (ротор), ось вращения которого может свободно изменять ориентацию в пространстве. При этом скорость вращения гироскопа значительно превышает скорость поворота оси его вращения. Основное свойство такого гироскопа — способность сохранять в пространстве неизменное направление оси вращения при отсутствии воздействия на него моментов внешних сил и эффективно сопротивляться действию внешних моментов сил. Это свойство в значительной степени определяется величиной угловой скорости собственного вращения гироскопа.

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
Прецессия механического 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.

Например, вибрационные гироскопы применяются в системе измерения наклона электрического самоката Сигвей. Система состоит из пяти вибрационных гироскопов, чьи данные обрабатываются двумя микропроцессорами.
Именно такой тип гироскопов используется в мобильных устройствах, в частности, в iPhone 4 и других.

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
Гироскоп на МАКС-2009
  • 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

Схема лазерного гироскопа. Здесь луч лазера циркулирует с помощью зеркал и постоянно усиливается лазером. Замкнутый контур имеет ответвление в датчик на базе интерферометра.

Делятся на волоконно-оптические и лазерные гироскопы. Принцип действия основан на эффекте Саньяка, открытом в 1913 году[12][13]. Теоретически он объясняется с помощью СТО. Согласно СТО скорость света постоянна в любой инерциальной системе отсчёта[14]. В то время как в неинерциальной системе она может отличаться от c[15]. При посылке луча света в направлении вращения прибора и против направления вращения разница во времени прихода лучей (определяемая интерферометром) позволяет найти разницу оптических путей лучей в инерциальной системе отсчёта, и, следовательно, величину углового поворота прибора за время прохождения луча. Величина эффекта прямо пропорциональна угловой скорости вращения интерферометра и площади, охватываемой путём распространения световых волн в интерферометре[12]:

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

[12]:

где  — длина волны.

Применение гироскопов в технике

Схема простейшего механического гироскопа в карданном подвесе

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

A неподвижным.

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

iPhone 4 с гироскопом внутри
Проверить информацию.

Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье.
На странице обсуждения должны быть пояснения.

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 ]

сайт 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….

Что такое гироскоп и где он встречается


XPOHOC
ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТ
БИБЛИОТЕКА ХРОНОСА
ИСТОРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ
БИОГРАФИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ
СТРАНЫ И ГОСУДАРСТВА
ЭТНОНИМЫ
РЕЛИГИИ МИРА
СТАТЬИ НА ИСТОРИЧЕСКИЕ ТЕМЫ
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
КАРТА САЙТА
АВТОРЫ ХРОНОСА

Что такое гироскоп и где он встречается?

Действительно, что это за штука такая и зачем она нужна? Вот спроси любого встречного – половина не ответит. А ведь, может быть, поголовно знакомы с действием этого «прибора» с раннего младенчества, когда мама или папа, сидя с младенцем на полу, запускали юлу (или «волчка»). Юла жутко гудела, бешено вращалась  вокруг собственной оси. При этом яркие цветные узоры в газах младенца сливались в горизонтальные линии. «Волчек» гудел, слегка перемещался по полу – туда и обратно – затем замедлял ход, пошатывался и в какой-то миг валился на бок. Это вот и был самый примитивный гироскоп – до тех пор, пока вращался. Он сохранял устойчивость, замирал в так называемом неустойчивом равновесии до тех пор, пока хватало завода. А падал на бок, когда переставал быть гироскопом.

Но вот папа или мама вновь несколько раз с усилием надавили на торчащую вверх ручку «прибора», и тот с новой силой закружил…

Впрочем, это было лишь подобие настоящего гироскопа. Настоящих гироскопов большинство населения страны никогда не видело. Они располагались в напрочь засекреченных местах. А производили их на военных – тоже засекреченных – заводах. Забегая вперед, сообщу, что нашему современнику этот прибор стал доступен, и уже очень многие жители Северной Пальмиры им пользуются. Нынче на гироскутеры Спб цена стала доступной людям со средними доходами. Это такие маленькие средства передвижения с двумя колёсами, расположенными не по-велосипедному, а справа и слева от ног. В представлении жителей города на Неве старших поколений, пилот гироскутера давно должен был бы «клюнуть носом» или завалиться на спину. Но он не падает, а с приличной скоростью мчится вперед. Почему? А вот именно потому же, почему юла долго вращалась, стоя на тонкой ножке-игле.

Отличие настоящего гироскопа от юлы-«волчка» давно известно отечественным разработчикам баллистических межконтинентальных ракет. В них обязательно устанавливается гироскоп. Его вращение подпитывает портативный электрический двигатель. Поэтому баллистическая ракета не заваливается на бок, как юла по мере окончания завода, а продолжает свой полёт по строго заданному маршруту, пока не попадает в цель – какой-нибудь завод-гигант по производству танков «Абрамс» или в подземный бункер с командным пунктом потенциального «партнёра».

Всё в той ракете десятилетиями оставалось секретным и недоступным подавляющему большинству граждан. Сегодня же гироскоп стал обыденным предметом нашего быта.

 

 

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.

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.

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

К

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.

Гироскопы

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.

Продолжить чтение о гироскопе

Плюсы, минусы и использование различных гироскопов

Гироскоп определяет изменение ориентации устройства и в сочетании с акселерометром является отличным инструментом для измерения ориентации объекта в трехмерном пространстве.

Четверг, 29 ноября 2018 г.

В предыдущем посте мы определили элемент технологии, который помогает формировать будущее — датчик IMU. Сегодня мы более подробно рассмотрим один датчик движения, в частности гироскоп.

Гироскоп определяет изменение ориентации устройства и в сочетании с акселерометром является отличным инструментом для измерения ориентации объекта в трехмерном пространстве. Гироскопы определяют угловую скорость (ω), обычно измеряемую в радианах в секунду.Интеграция угловой скорости обеспечивает информацию об ориентации (если предоставляется исходная ориентация или значение может быть принято) по трем осям: тангаж, крен и рыскание.

Гироскоп позволяет отслеживать изгибы, повороты и крены движущегося объекта. Доступ к более точной информации об ориентации имеет широкое практическое применение, например, помогая наземному роботу учитывать препятствия, которые он преодолевает, переводя движения человека из реального мира в виртуальный мир или помогая ориентировать самолет в полете.

Традиционный механический гироскоп — это простое колесо, которое устанавливается на 2-3 кардана (шарнирные опоры, обычно кольца, которые позволяют колесу вращаться вокруг одной оси). Гироскопы были впервые использованы в середине 19 века для ранних изображений орбиты Земли и с тех пор используются в инерциальных навигационных системах самолетов, кораблей, космических аппаратов и спутников. Однако, несмотря на повсеместное использование, традиционный механический гироскоп ограничен движущимися частями.

Давайте рассмотрим современные типы гироскопов и их применение:

Кольцевой лазерный гироскоп (RLG) Кольцевые лазерные гироскопы

работают на эффекте Саньяка, который вкратце говорит о том, что разделенный луч света, идущий по одному и тому же пути в противоположных направлениях, будет претерпевать изменения фазы, когда все устройство испытывает угловую скорость.На показанной схеме лазер разделен на два по двум путям равной длины и принимается детектором. Когда RLG вращается по часовой стрелке, луч, движущийся по часовой стрелке, эффективно проходит немного более длинный путь и замедляет его прием детектором. Луч против часовой стрелки движется против вращения, эффективно сокращая путь, увеличивая его скорость относительно другого лазера. Противоположный эффект возникает при вращении против часовой стрелки.

Измеряя изменения фазы во время вращения устройства, можно определить угловую скорость.

Использует:
  • Инерциальные навигационные системы военных самолетов, коммерческих авиалайнеров, кораблей и космических аппаратов

Плюсы:
  • Высокая производительность:
  • Высокая точность, погрешность смещения лучше 0,01 ° / час
  • Среднее время безотказной работы (среднее время наработки на отказ) более 60 тыс. Часов
  • Нет механических или движущихся частей, создающих трение, поэтому нет дрейфа

Минусы:
  • При очень медленном вращении частоты противодействия могут стать настолько похожими, что их невозможно будет различить, в результате лучи будут «сцепляться» друг с другом, а не вращаться; это называется блокировкой
  • Может использоваться только для одной оси, для получения информации по нескольким осям требуется несколько RLG

Волоконно-оптический гироскоп (ВОГ)

FOG также используют эффект Саньяка, но многократно усугубляют его, используя несколько катушек для перемещения света (в отличие от одного кольца, как в RLG).Кроме того, кольца не являются частью лазера. Вместо этого световые лучи распространяются с помощью внешнего лазера. Опять же, луч света, распространяющийся в том же направлении, что и вращение, будет иметь несколько большую задержку пути, чем луч, идущий против вращения. Это приводит к дифференциальному фазовому сдвигу, измеренному с помощью интерферометрии.

Дифференциальный фазовый сдвиг эффективно умножается на каждую дополнительную катушку, которую использует ВОГ. Это умножение позволяет FOG иметь повышенную чувствительность в целом по сравнению с RLG.Однако при однократном прохождении света через кольцо RLG будет более точным, поскольку его фазовый сдвиг пропорционален самому вращению, а не производной, как в FOG.

Использует:
  • Применения с высокой ударной нагрузкой, такие как системы наведения оружия (однако их часто необходимо использовать в паре с многоосевыми FOG и акселерометрами, чтобы преодолеть их чувствительность к вибрациям)
  • Высокопроизводительные космические приложения
  • Волоконно-оптические гирокомпасы для навигационных систем
  • Инерциальные системы навигации управляемых ракет
  • Дистанционно-управляемые аппараты и автономные подводные аппараты
  • Геодезическое оборудование

Плюсы:
  • Чрезвычайно точная информация о частоте вращения
  • Без движущихся частей
  • Не полагается на инерционное сопротивление движению
  • Обычно показывает более высокое разрешение, чем RLG

Минусы:
  • Более длительное время производства из-за более высоких требований к калибровке
  • Может использоваться только для одной оси, для получения информации по нескольким осям требуется несколько FOG

МЭМС-гироскоп (МЭМС)

MEMS (микроэлектромеханические системы) используют комбинацию механических колебаний и силы Кориолиса.Сила Кориолиса — это сила инерции, действующая в направлении, перпендикулярном оси вращения. Внутри гироскопа MEMS представьте себе емкостной блок, который колеблется с фиксированной скоростью в противофазе с другим блоком. Когда устройство вращается, силы Кориолиса блоков немного перемещают их в противоположных направлениях (оба перпендикулярны оси вращения) из-за разницы фаз блоков. Эта разница в силе изменяет емкость пластины под ней, чтобы измерить общую угловую скорость объекта.На самом деле блоки больше похожи на сетки, но действует тот же основной принцип.

Гироскопы

MEMS обычно трехосные, но могут быть одноосными или двухосными. Также доступны различные уровни качества в зависимости от требований приложения. Например, гироскопы потребительского класса, как правило, дешевле, чем гироскопы, предназначенные для промышленного или автомобильного использования, которые работают в более широких диапазонах температур и спроектированы и испытаны так, чтобы иметь более стабильные характеристики, чтобы соответствовать строгим требованиям безопасности.

Использует:
  • «Умные» технологии в домах, городах и автомобилях
  • IMU (в сочетании с акселерометром и магнитометром)
  • Промышленные и автомобильные приложения, такие как системы GPS (более дорогостоящие MEMS)
  • Портативная бытовая электроника, такая как планшеты, смартфоны, умные часы, игровые контроллеры, гарнитуры AR / VR и роботы-уборщики (недорогие MEMS)
  • Оптическая стабилизация изображения в камерах
  • Мобильные и игровые приложения VR

Плюсы:
  • Форм-фактор значительно меньше, чем у других гироскопов
  • Может быть интегрирован с цифровым интерфейсом в едином экономичном пакете
  • Меньшая мощность
  • Стоимость значительно ниже, чем у FOG или RLG, поэтому его можно использовать в потребительских товарах массового потребления.

Минусы:
  • Меньшая устойчивость к температуре, влажности и нагрузкам, некоторые из которых можно компенсировать с помощью программного обеспечения
  • Больше ошибок интеграции относительно FOG или RLG
  • Часто разная производительность в разных партиях и единицах

Современные гироскопы на основе RLG, FOG и MEMS устраняют ограничения традиционных гироскопов.И благодаря своим разнообразным сильным сторонам они могут поддерживать технологии следующего поколения во всех областях.

В частности, в потребительской сфере гироскопы на основе МЭМС становятся все более популярными и добавляют функциональность большому количеству потребительских устройств благодаря простоте интеграции, размеру и стоимости.


Автор

Чарльз Пао
Чарльз Пао начал работать в Hillcrest Labs после окончания Университета Джона Хопкинса со степенью магистра наук в области электротехники.Он начал разработку программного обеспечения, создав систему черного ящика для оценки характеристик движения. Обладая страстью к средствам массовой информации и коммуникациям, Чарльз начал выпускать демонстрационные ролики и видеоролики о продуктах для Hillcrest Labs. Это увлечение привело к переходу на официальную должность в отдел маркетинга. В настоящее время он является первым контактным лицом компании Hillcrest для получения информации и поддержки, а также руководит их маркетинговыми усилиями. Он также занимал различные должности по управлению учетными записями и проектами. Чарльз также получил степень бакалавра наук в области электротехники и вычислительной техники в Университете Джона Хопкинса.

Возможно, вам понравится


Больше от Sensor fusion

Датчики, датчики везде. Что мне теперь делать?
Отправлено: 25 июля 2021 г. Моше Шейер

Мобильные вычисления привели к взрывному развитию продуктов — смартфонов, носимых, наушников, спортивных камер и т. Д.Дальше будет зондирование…

L2 + и HD радар: золотая возможность
Отправлено: 26 апреля 2021 г. Нир Шапира

Мы все еще ждем полной автономности в автомобилях, но теперь понимаем, что это намного дальше, чем мы думали изначально.The…

Контекстная осведомленность: что это такое и как оно используется?
Отправлено: 17 марта 2021 г. Элия ​​Шенбергер

Контекстно-зависимые устройства, такие как встроенные клавиатуры смартфонов, существуют уже некоторое время, хотя и в очень ограниченной форме.…

Что такое гироскоп — история, три степени свободы, основные свойства

Гироскоп — одно из обязательных навигационных устройств, необходимых любому плавучему судну для определения направления. Его важность знает каждый моряк. Не ограничиваясь этим, он также находит применение в смарт-часах, смартфонах, игровой индустрии и камерах. В этом посте будет обсуждаться, что такое гироскоп, его история, три степени свободы гироскопа и основные свойства «жесткость в пространстве» и «правило точности».

История гироскопа

Слово G yro -cope было первоначально названо в 1852 году г-ном Фуко. Мистер Фуко был французским ученым. «Гироскоп» — это сочетание двух греческих слов «Gyro» и «Scopien». Gyro по-гречески означает революция, а skopien означает взгляд. Он также широко известен как гироскоп.

Рис. 1 — Знакомство с гироскопом

Гироскоп существует на этой Земле с того времени, когда первый в истории электрон начал вращаться вокруг своей оси.В реальном мире существует множество примеров естественных гироскопов. Электроны вокруг нас вращаются с очень высокой скоростью и обладают всеми свойствами гироскопа.

Наша Земля, по сути, также является примером естественного гироскопа. Почему ?? Это потому, что наша Земля имеет массу и вращается с чрезвычайно высокой скоростью (1000 миль / час). Именно это вращение обеспечивает стабилизацию Земли, и поэтому северный полюс нашей Земли всегда указывает на Полярную звезду.

Что такое гироскоп

Любой сильно вращающийся объект, имеющий массу, в первую очередь является гироскопом.например — быстро вращающееся колесо, выпущенная пуля, пропеллер тягового двигателя самолета и т.д. скорость, масса и три степени свободы .

Рис. 2 — Три степени свободы гироскопа

Что такое три степени свободы гироскопа?

«Три степени свободы» означает, что гироскоп может принимать любое положение в пространстве.Однако, в частности, три степени свободы могут быть перечислены как:

  • Он должен иметь возможность вращаться вокруг своей оси. Как следует из названия, эту ось обычно называют осью вращения.
  • Он должен иметь возможность дрейфа по вертикальной оси.
  • Он должен иметь возможность наклоняться по горизонтальной оси.

Посмотрите видео ниже, чтобы лучше понять, что означают три степени свободы.

Основные свойства гироскопа

Когда мы обсуждаем основные свойства гироскопа, он должен следовать двум основным свойствам:

  • Жесткость в пространстве
  • Правило точности

Инжир.3 — Свойства гироскопа

Жесткость в пространстве

Свойство «Жесткость в пространстве» определяет, что сильно вращающееся тело всегда стремится сохранять свое первоначальное направление до тех пор, пока к нему не будет приложена внешняя сила.

Правило точности

Свойство «Правила точности» определяет, что при приложении внешней силы к сильно вращающемуся телу оно всегда имеет тенденцию перемещаться на 90 градусов в направлении приложенной силы.

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

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

Гироскоп

Строительство

Следующие требования относятся к механическим гироскопам и не применяются к лазерным кольцевым гироскопам.

[AFM 51-37, 1966, стр. 4-1.]

  • Гироскоп представляет собой цилиндрическую массу, которая установлена ​​для быстрого вращения вокруг оси. Есть три основных компонента: вращающаяся масса или ротор, ось вращения и подвесы, которые используются для установки оси вращения. Ротор должен соответствовать двум основным конструктивным характеристикам: большой вес или плотность для своего размера и высокая скорость вращения. Эти два фактора во многом определяют качество гироскопа.
  • Мощность, необходимая для приведения в действие ротора и его быстрого вращения, обеспечивается либо системой всасывания, либо электрической системой.
  • В летных приборах используются два типа креплений — универсальное крепление, которое позволяет оси вращения поворачиваться и наклоняться, и ограниченное крепление, которое позволяет оси вращения только наклоняться. Индикаторы ориентации и указатели курса имеют универсальное крепление. Индикаторы поворота и скольжения используют ограниченный монтаж.

Кольцевые лазерные гироскопы (RLG)

Рисунок: Кольцевой лазерный гироскоп от King, рисунок 8.

  • Корпус RLG представляет собой прочный стеклянный блок с тремя просверленными в нем узкими трубками.В каждом углу расположено зеркало, образующее треугольный путь оптического резонатора. Трубки заполнены гелий-неоновой смесью при низком давлении. Между катодом и двумя анодами подается высокое напряжение (около 1 кВ), вызывающее разряд (просто дорогая неоновая лампа). Разряд обеспечивает достаточно энергии, чтобы вызвать регенеративную генерацию в газе, при этом световые лучи циркулируют по треугольному пути резонатора. Фактически, в одном резонаторе находятся два лазера: один направлен по часовой стрелке (CW), а другой — против часовой стрелки (CCW).Когда гироскоп находится в состоянии покоя, два луча имеют одинаковую частоту (обычно с длиной волны 633 нанометра).
  • Теперь рассмотрим блок, вращающийся по часовой стрелке. Фотон в непрерывном луче, начиная с нижнего левого зеркала, обнаруживает, после одного прохода через резонатор, что зеркало переместилось немного дальше. Таким образом, длина пути немного увеличилась. Точно так же фотон в луче CCW находит более короткий путь. Разница в длине пути вызывает небольшую разницу в частоте.Сделав одно из зеркал частично пропускающим, можно извлечь образцы обоих лучей и измерить разность частот. Это точно пропорционально применяемой скорости вращения.
  • Осложнение возникает при очень низкой частоте вращения. Зеркала не идеальны и производят незначительное обратное рассеяние, которое объединяет энергию между двумя лучами. Эта связь энергии между двумя генераторами с очень высокой добротностью может привести к сближению частот. Чтобы преодолеть это, двигатель дизеринга применяет очень небольшое колебательное вращение (пик около 1 угловой минуты при частоте около 400 Гц) ко всему блоку.

Итак, вы можете спросить себя, как свет, отражающийся от набора зеркал, дублирует вращающийся гироскоп? Вот как я об этом думаю. . . любые астрофизики, которые могут лучше выразить это на пилотном языке, нажмите «Связаться с Эдди» ниже и дайте мне знать. . . .

  • Луч лазера (усиление света за счет вынужденного излучения) движется со скоростью света и может быть синхронизирован.
  • Два луча направляются в противоположных направлениях и синхронизируются.Движение платформы приведет к тому, что лучи будут перемещаться дальше или короче, что влияет на прошедшее время.
  • Два луча направляются на фотодетектор. Если по этой оси нет движения, два луча синхронизированы. Если по этой оси есть вращение, один луч оказывается в противофазе от другого. Разницу можно измерить, как если бы это было движение оси вращения гироскопа.

Свойства гироскопического действия

[AFM 51-37, 1966, стр. 4-3.] Два основных свойства гироскопа, используемого в летных приборах, — это жесткость в пространстве и прецессия.

  • Жесткость в пространстве . Первый закон движения Ньютона гласит, что тело в состоянии покоя будет оставаться в покое или, если оно движется по прямой линии, оно будет продолжать движение по прямой линии, если на него не будет действовать внешняя сила.
  • Второй закон движения Ньютона гласит, что отклонение движущегося тела прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально весу и скорости тела.
  • Указатели ориентации и указатели курса используют гироскопическое свойство жесткости в пространстве.
  • Прецессия . Прецессия — это свойство гироскопа, которое заставляет ось вращения смещаться в направлении 90 ° от приложенной силы и в направлении вращения ротора. Два типа прецессии, наиболее влияющие на ориентацию самолета и индикаторы курса, — это реальная прецессия и кажущаяся прецессия.
  • Реальная прецессия. Настоящая прецессия — это отклонение оси вращения под действием приложенной извне силы.В летных приборах эта сила является результатом перегрузок или ускорения / замедления, вызванного поворотом самолета или изменением скорости. Чтобы вызвать реальную прецессию, сила должна пытаться либо повернуть, либо наклонить ось вращения. Сила, которая пытается повернуть ось вращения, заставит ее наклониться. Сила, которая пытается наклонить ось вращения, заставит ее повернуться.
  • Видимая прецессия. Из-за гироскопического свойства жесткости в пространстве ось вращения универсально установленного гироскопа указывает в фиксированном направлении.Однако Земля вращается, поворачивается под гироскопом, и кажется, что ось вращения наклоняется. Например, представьте гироскоп на экваторе с осью вращения, горизонтальной по отношению к Земле, как показано [на рисунке]. Земля вращается в направлении стрелки (против часовой стрелки) с угловой скоростью один оборот каждые 24 часа. Наблюдателю на Земле кажется, что ось вращения постепенно наклоняется или дрейфует. По истечении 3 часов ось вращения наклоняется на 45 °, а через 6 часов ось вращения наклоняется на 90 ° в вертикальное положение.По истечении 12 часов ось вращения снова становится горизонтальной, а через 24 часа она возвращается в исходное положение.
  • Это явление создает иллюзию того, что гироскоп перевернулся, конец за концом, и что полный оборот совершается каждые 24 часа. На самом деле, однако, гироскоп сохранил свое положение в космосе, а Земля под ним переместилась. Движение Земли относительно гироскопа называется кажущейся гироскопической прецессией.

Рисунок: Изменение оси вращения из-за транспортировки гироскопа, из AFM 51-37, 1966, рисунок 4-5.

  • Транспортировка гироскопа по Земле дает аналогичные результаты. Изменения состоят из наклона, поворота или их комбинации.
  • Только вертикальный гироскоп, расположенный на полюсах, или горизонтальный гироскоп с осью, направленной с севера на юг, расположенный на экваторе, не будет отображать явную прецессию.

Принципы инерциальной навигации

Рисунок: инерционная платформа с подвесом от King, рисунок 1.

  • Рассмотрим акселерометр как инструмент, который измеряет ускорение вдоль одной оси.Интегрируйте результат один раз, и вы получите скорость. Снова выполните интеграцию, и вы получите положение — или, скорее, изменение положения — вдоль оси акселерометра. Если вы знаете направление движения, вы можете определить текущее положение. Инерциальная навигация — это просто форма «точного расчета». Вам необходимо знать начальную точку — инерциальное навигационное устройство / система (I.N.) не может определить свое исходное положение на Земле (с трудом может определить широту, но не долготу).
  • Возьмем три акселерометра с ортогональными осями считывания.Расположите их так, чтобы их оси были выровнены с севера на юг, с востока на запад и по вертикали. Чтобы поддерживать эту ориентацию при маневрировании транспортного средства, акселерометры подвешены в комплекте из трех карданов, которые гиростабилизированы для поддержания направления.
  • Подвес — это механизм, предназначенный для поддержания уровня инструмента. Первоначально он был разработан для удержания компаса в горизонтальном положении с использованием двух концентрических колец с осями под прямым углом.

  • Точно так же гироскопы являются одноосевыми устройствами типа, известного как «интегрирующие» гироскопы, то есть они выдают выходной сигнал, пропорциональный углу, на который они были повернуты (относительно их входных осей).Гироскопы используются в качестве чувствительных элементов в сервоприводах с поиском в нуль, при этом выход каждого гироскопа подключен к серводвигателю, приводящему в действие соответствующий стабилизатор, таким образом удерживая стабилизатор в постоянной ориентации в инерциальном пространстве.
  • Интегрирующие гироскопы
  • также имеют так называемый «торкатор» — средство прецессии оси входа со скоростью, пропорциональной входному току. Это является удобным средством устранения любых ошибок дрейфа гироскопа, а также обеспечивает другую функцию, которая будет описана ниже.
  • Подвесы, как показано, имеют подшипники на каждом конце. У каждого из них есть двигатель, построенный вокруг одного из подшипников, а на другом конце — синхронизатор (электромагнитное устройство измерения угла). Независимо от того, как автомобиль маневрирует, самый внутренний подвес сохраняет свою ориентацию в инерциальном пространстве. Таким образом, синхронизатор на самом внутреннем подвесе измеряет азимут (или направление), синхронизатор на среднем подвесе измеряет тангаж, а на внешнем кардане измеряет крен.
  • Самый внутренний подвес можно рассматривать как «стабильную платформу», на которой установлены гироскопы и акселерометры (хотя на практике он выглядит как угодно, только не платформа, являясь чудом механической упаковки).Всю эту конструкцию обычно называют «шарнирной платформой».

Гироскоп — Энциклопедия Нового Света

Гироскоп — это устройство для измерения или сохранения ориентации, основанное на принципе сохранения углового момента. Ключевой компонент, относительно тяжелый вращающийся ротор, установлен с помощью подшипников почти без трения внутри двух концентрических легких колец (карданов), каждое из которых также установлено с аналогичными подшипниками внутри следующего внешнего кольца или опорной рамы в случае внешнего кольца. .

Гироскоп со свободой работы по всем трем осям. Ротор будет сохранять направление оси вращения независимо от ориентации внешней рамы.

Ротор и два кольца установлены так, что плоскость вращения каждого из них перпендикулярна плоскости вращения двух других. Вращающийся ротор, естественно, сопротивляется изменению его ориентации из-за углового момента колеса. В физике это явление также известно как гироскопическая инерция, или жесткость в пространстве.Благодаря уникальной поддержке во вложенных карданных шарнирах ротор может сохранять почти постоянную ориентацию, даже когда опорная рама меняет свою ориентацию.

Способность гироскопа удерживать свою ось фиксированной в определенной ориентации или в некоторых приложениях прецессировать вокруг оси, даже когда его опорная конструкция перемещается в разные положения, позволила использовать его для значительных улучшений в навигационных системах и точных инструментах. .

Описание и схема

Схема гироскопа.Стрелки реакции вокруг выходной оси (синие) соответствуют силам, действующим вокруг входной оси (зеленые), и наоборот.

Обычный гироскоп состоит из двух концентрических колец или карданов плюс центральный ротор, установленный в подшипниках на внутренней стороне внутреннего кардана, который, в свою очередь, установлен в подшипниках, установленных во внешнем кардане, который также поддерживается подшипниками, установленными в опорной раме. Таким образом, ротор, внутренний и внешний стабилизатор могут свободно перемещаться в своей собственной плоскости, определяемой уровнем опоры.Внутренний кардан установлен во внешнем кардане таким образом, что внутренний кардан поворачивается вокруг оси в своей собственной плоскости, которая всегда перпендикулярна оси вращения внешнего кардана. Точно так же подшипники оси ротора устанавливаются во внутреннем кардане таким образом, чтобы гарантировать, что ось вращения ротора всегда перпендикулярна оси внутреннего кардана.

Роторное колесо реагирует на силу, приложенную вокруг входной оси (связанной с внутренним карданом), силой реакции вокруг выходной оси (связанной с внешним карданом).Три оси перпендикулярны, и этот поперечный отклик является простой сущностью гироскопического эффекта.

Маховик гироскопа будет катиться или сопротивляться вокруг выходной оси в зависимости от того, имеют ли выходные карданы свободную или фиксированную конфигурацию. Примерами некоторых устройств с подвесом со свободным выходом могут быть гироскопы для определения ориентации, используемые для определения или измерения углов тангажа, крена и рыскания в космическом корабле или самолете.

Центр тяжести ротора может находиться в фиксированном положении.Ротор одновременно вращается вокруг одной оси и способен колебаться вокруг двух других осей, и, таким образом, за исключением собственного сопротивления из-за вращения ротора, он может свободно вращаться в любом направлении относительно фиксированной точки. Некоторые гироскопы имеют механические эквиваленты, заменяющие один или несколько элементов. Например, вращающийся ротор может быть подвешен в жидкости вместо того, чтобы быть установленным на шарнирах в карданном подвесе. Гироскоп с управляющим моментом (CMG) является примером карданного устройства с фиксированным выходом, которое используется на космическом корабле для удержания или поддержания желаемого углового положения или направления наведения с помощью гироскопической силы сопротивления.

В некоторых особых случаях внешний стабилизатор (или его эквивалент) можно не устанавливать, чтобы ротор имел только две степени свободы. В других случаях центр тяжести ротора может быть смещен относительно оси колебаний, и, таким образом, центр тяжести ротора и центр подвески ротора могут не совпадать.

История

Эффект гироскопа был открыт в 1817 году Иоганном Боненбергером; Гироскоп был изобретен, а эффект назван в его честь в 1852 году Леоном Фуко для эксперимента по вращению Земли.Эксперимент Фуко по наблюдению ( skopeein, to see) вращения Земли ( гироскопов, круг или вращение) был неудачным из-за трения, которое фактически ограничивало каждую попытку 8-10 минутами, слишком коротким временем для наблюдения значительного движения. В 1860-х годах, однако, электродвигатели сделали эту концепцию осуществимой, что привело к созданию первого прототипа гирокомпасов; Первый функциональный морской гирокомпас был разработан между 1905 и 1908 годами немецким изобретателем Германом Аншютцем-Кемпфе. Американец Элмер Сперри разработал свой собственный проект в 1910 году, и другие страны вскоре осознали военное значение этого изобретения — в эпоху, когда военно-морская мощь была самым значительным мерилом военной мощи — и создали свою собственную промышленность по производству гироскопов.Компания Sperry Gyroscope быстро расширилась и стала поставлять стабилизаторы для самолетов и военно-морских сил, и другие разработчики гироскопов последовали их примеру. [1]

В первые несколько десятилетий двадцатого века другие изобретатели пытались (безуспешно) использовать гироскопы в качестве основы для ранних навигационных систем «черный ящик», создав стабильную платформу, с которой можно было проводить точные измерения ускорения (в чтобы избежать необходимости наблюдения за звездами для расчета местоположения).Позже аналогичные принципы были использованы при создании инерциальных систем наведения баллистических ракет. [2]

Недвижимость

Гироскоп проявляет несколько типов поведения, включая прецессию и нутацию. Гироскопы могут использоваться для создания гирокомпасов, которые дополняют или заменяют магнитные компасы (на кораблях, самолетах, космических кораблях и транспортных средствах в целом), для обеспечения устойчивости (велосипед, космический телескоп Хаббл, корабли, транспортные средства в целом) или как часть Инерциальная система наведения.Гироскопические эффекты используются в игрушках, таких как йо-йо и Powerballs. Многие другие вращающиеся устройства, такие как маховики, ведут себя гироскопически, хотя гироскопический эффект не используется.

Основное уравнение, описывающее поведение гироскопа:

τ = dLdt = d (Iω) dt = Iα {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} = {{d \ mathbf {L}} \ over {dt}} = {{d (I {\ boldsymbol { \ omega}})} \ over {dt}} = I {\ boldsymbol {\ alpha}}}

, где векторы τ {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}}} и L {\ displaystyle \ mathbf { L}} — это соответственно крутящий момент на гироскопе и его угловой момент, скаляр I {\ displaystyle I \,} — его момент инерции, вектор ω {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ omega}}} — его угловая скорость, а вектор α {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ alpha}}} — это угловое ускорение.

Из этого следует, что крутящий момент τ {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}}}, приложенный перпендикулярно оси вращения и, следовательно, перпендикулярно L {\ displaystyle \ mathbf {L}}, приводит к перемещению перпендикулярно как для τ {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}}}, так и для L {\ displaystyle \ mathbf {L}}. Это движение называется «прецессией». Угловая скорость прецессии ΩP {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ Omega}} _ {P}} дается перекрестным произведением:

τ = ΩP × L {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ tau}} = {\ boldsymbol {\ Omega}} _ {P} \ times \ mathbf {L}}
Прецессия на гироскопе.

Прецессию можно продемонстрировать, поместив вращающийся гироскоп так, чтобы его ось была горизонтальна и свободно поддерживалась (без трения в сторону прецессии) на одном конце. Вместо того, чтобы падать, как и следовало ожидать, гироскоп, кажется, бросает вызов гравитации, оставаясь с его осью горизонтально, когда другой конец оси остается без поддержки, а свободный конец оси медленно описывает круг в горизонтальной плоскости, в результате прецессия токарная. Этот эффект объясняется приведенными выше уравнениями. Крутящий момент на гироскоп создается парой сил: гравитацией, действующей вниз на центр масс устройства, и равной силой, действующей вверх, чтобы поддерживать один конец устройства.Движение, возникающее в результате этого крутящего момента, происходит не вниз, как можно было бы интуитивно ожидать, вызывая падение устройства, а перпендикулярно как гравитационному моменту (вниз), так и оси вращения (наружу от точки опоры), т.е. вперед в горизонтальном направлении, заставляя устройство медленно вращаться вокруг опорной точки.

Как показывает второе уравнение, при постоянном крутящем моменте, вызванном гравитацией или нет, скорость прецессии гироскопа обратно пропорциональна его угловому моменту.Это означает, что, например, если трение вызывает замедление вращения гироскопа, скорость прецессии увеличивается. Это продолжается до тех пор, пока устройство не сможет вращаться достаточно быстро, чтобы выдержать собственный вес, когда оно прекратит прецессию и не упадет со своей опоры, в основном потому, что трение против прецессии вызывает другую прецессию, которая вызывает падение.

По соглашению, эти три вектора, крутящий момент, вращение и прецессия, все ориентированы относительно друг друга согласно правилу правой руки.

Чтобы легко определить направление действия гироскопа, просто помните, что катящееся колесо имеет тенденцию при входе в угол повернуться внутрь.

Гиростат

Гиростат — вариант гироскопа. Первый гиростат был разработан лордом Кельвином, чтобы проиллюстрировать более сложное состояние движения вращающегося тела, когда оно свободно перемещается по горизонтальной плоскости, как волчок, вращающийся на тротуаре, или обруч или велосипед на дороге. По сути, он состоит из массивного маховика, скрытого в прочном кожухе.Его поведение на столе или с различными режимами подвески или опоры служит для иллюстрации любопытного обращения обычных законов статического равновесия из-за гиростатического поведения внутреннего невидимого маховика при быстром вращении.

Маленькие гиростаты ручного прядения продаются как детские игрушки.

Волоконно-оптический гироскоп

Волоконно-оптический гироскоп (FOG) — это устройство, которое использует интерференцию света для обнаружения механического вращения. Датчик представляет собой катушку длиной до 5 километров (км) оптического волокна.Два световых луча проходят по волокну в противоположных направлениях. Из-за эффекта Саньяка луч, движущийся против вращения, проходит немного короче, чем другой луч. Результирующий фазовый сдвиг влияет на то, как лучи интерферируют друг с другом при их объединении. Тогда интенсивность комбинированного луча зависит от скорости вращения устройства.

FOG предоставляет чрезвычайно точную информацию о скорости вращения, отчасти из-за недостаточной чувствительности поперечной оси к вибрации, ускорению и ударам.В отличие от классического гироскопа с вращающейся массой, FOG практически не имеет движущихся частей и инерционного сопротивления движению. FOG обычно показывает более высокое разрешение, чем кольцевой лазерный гироскоп, но также более высокий дрейф и худшие характеристики масштабного коэффициента. Он используется в задачах съемки, стабилизации и инерциальной навигации.

ВОГ спроектированы как в разомкнутом, так и в замкнутом контуре.

Кольцевой лазерный гироскоп

Кольцевой лазерный гироскоп использует интерференцию лазерного света внутри объемного оптического кольца для обнаружения изменений ориентации и вращения.Это приложение интерферометра Саньяка.

Кольцевые лазерные гироскопы (RLG) могут использоваться в качестве устойчивых элементов (каждый с одной степенью свободы) в инерциальной системе отсчета. Преимущество использования RLG заключается в отсутствии движущихся частей. По сравнению с обычным вращающимся гироскопом это означает отсутствие трения, что, в свою очередь, означает отсутствие присущих ему условий дрейфа. Кроме того, весь блок компактен, легок и практически не поддается разрушению, что означает, что его можно использовать в самолетах.В отличие от механического гироскопа, устройство не сопротивляется изменению своей ориентации.

Физически RLG состоит из сегментов трактов передачи, имеющих форму квадрата или треугольника и соединенных зеркалами. Одно из зеркал будет частично посеребренным, чтобы свет проникал к детекторам. Лазерный луч направляется на путь передачи в обоих направлениях, создавая стоячую волну, резонансную длине пути. Когда устройство вращается, свет в одной ветви проходит расстояние, отличное от расстояния в другой ветви, изменяя свою фазу и резонансную частоту по отношению к свету, движущемуся в другом направлении, что приводит к появлению интерференционной картины на детекторе.Угловое положение измеряется путем подсчета интерференционных полос.

RLG, хотя и более точны, чем механические гироскопы, страдают от эффекта, известного как «синхронизация» при очень низких скоростях вращения. Когда кольцевой лазер вращается очень медленно, частоты противовращающихся лазеров становятся очень близкими (в пределах полосы пропускания лазера). При таком низком вращении нули в стоячей волне имеют тенденцию «застревать» на зеркалах, фиксируя частоту каждого луча на одном и том же значении, и интерференционные полосы больше не перемещаются относительно детектора; в этом случае устройство не будет точно отслеживать свое угловое положение с течением времени.

Дизеринг может компенсировать блокировку. Все устройство скручивается и раскручивается вокруг своей оси со скоростью, удобной для механического резонанса системы, таким образом гарантируя, что угловая скорость системы обычно далеко от порога блокировки. Типичная частота составляет 400 Гц, максимальная скорость дизеринга составляет 1 угловую секунду в секунду.

Основные приложения включают навигационные системы на коммерческих авиалайнерах, кораблях и космических кораблях, где RLG часто называют инерциальными системами отсчета.В этих приложениях он заменил свой механический аналог — инерционную систему наведения.

Примеры аэрокосмических аппаратов или оружия, использующих системы RLG:

  • Ракета Trident (D5 Trident II)
  • F-15E Strike Eagle

Примечания

  1. ↑ Маккензи, Дональд. Изобретая точность: историческая социология наведения ядерных ракет (Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1990). С. 31-40. ISBN 0-262-13258-3
  2. ↑ MacKenzie, pp 40-42.

Список литературы

  • LeFèvre, Hervé C. 1993. Волоконно-оптический гироскоп. Норвуд, Массачусетс: Artech House. ISBN 08
  • 373
  • Machover, Карл. 1963. Основы гироскопов Vol. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Джона Ф. Райдера.
  • Уолтон, Гарри. 1968. Как и почему механические движения — как именно работают машины: двигатели, турбины, трансмиссии, тормоза, сцепления, ракеты, атомные генераторы, гироскопы, системы наведения. Тампа, Флорида: Популярная наука.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 22 июля 2017 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Гироскоп

MEMS обеспечивает прецизионное инерциальное зондирование в суровых и высокотемпературных средах

Все больше приложений требуют сбора данных с датчиков, расположенных в условиях очень высоких температур.В последние годы был достигнут значительный прогресс в области полупроводников, пассивных элементов и межсоединений, позволяющих получать и обрабатывать данные с высокой точностью. Однако все еще остаются неудовлетворенные потребности в датчиках, которые могут работать при температурах до 175 ° C, особенно в простом в использовании форм-факторе, обеспечиваемом микроэлектромеханическими системами (MEMS). Датчики MEMS часто меньше, имеют меньшую мощность и более низкую стоимость, чем эквиваленты дискретных датчиков. Кроме того, они также могут интегрировать схемы преобразования сигналов в один и тот же полупроводниковый корпус.

Уже выпущен высокотемпературный МЭМС-акселерометр ADXL206, который обеспечивает высокоточные измерения наклона (наклона). Тем не менее, все еще существует потребность в дополнительных степенях свободы для точного измерения движения системы в суровых условиях окружающей среды, где конечный продукт может подвергаться сильным ударам, вибрации и резкому движению. Этот тип неправильного обращения может вызвать чрезмерный износ и преждевременный выход системы из строя, что повлечет за собой большие затраты на техническое обслуживание или простои.

Чтобы удовлетворить эту потребность, Analog Devices разработала новый высокотемпературный гироскоп для МЭМС со встроенным преобразователем сигнала — ADXRS645.Этот датчик позволяет точно измерять угловую скорость (скорость вращения) даже при наличии ударов и вибрации и рассчитан на работу при температурах до 175 ° C.

Теория работы

Гироскопы

MEMS измеряют угловую скорость с помощью ускорения Кориолиса. Эффект Кориолиса можно объяснить следующим образом, начиная с рисунка 1. Представьте, что вы стоите на вращающейся платформе около центра. Ваша скорость относительно земли показана длиной синей стрелки. Если бы вы переместились в точку рядом с внешним краем платформы, ваша скорость увеличилась бы относительно земли, на что указывает более длинная синяя стрелка.Скорость увеличения вашей тангенциальной скорости, вызванная вашей радиальной скоростью, и есть ускорение Кориолиса.

Рис. 1. Пример ускорения Кориолиса. Человек, движущийся на север к внешнему краю вращающейся платформы, должен увеличить составляющую скорости на запад (синие стрелки), чтобы сохранить курс на север. Требуемое ускорение — это ускорение Кориолиса.

Если Ω — угловая скорость, а r — радиус, тангенциальная скорость равна Ωr. Таким образом, если r изменяется со скоростью v, возникает тангенциальное ускорение Ωv.Это половина ускорения Кориолиса. Есть еще половина от изменения направления радиальной скорости, что в сумме дает 2Ωv. Если у вас есть масса (M), платформа должна приложить силу — 2MΩv — чтобы вызвать это ускорение, и масса испытывает соответствующую силу реакции. ADXRS645 использует этот эффект за счет использования резонирующей массы, аналогичной движению человека на вращающейся платформе. Масса микромашиностроена из поликремния и привязана к каркасу из поликремния, так что она может резонировать только в одном направлении.

На рис. 2 показано, что когда резонирующая масса движется к внешнему краю вращения, она ускоряется вправо и оказывает на раму противодействующую силу влево. Когда он движется к центру вращения, он прикладывает силу вправо, как показано зелеными стрелками.

Рис. 2. Демонстрация эффекта Кориолиса в ответ на резонансную кремниевую массу, подвешенную внутри рамки. Зеленые стрелки указывают силу, приложенную к конструкции, в зависимости от состояния резонирующей массы.

Для измерения кориолисового ускорения рама, содержащая резонирующую массу, привязана к подложке пружинами под углом 90 ° относительно резонирующего движения, как показано на рисунке 3. На этом рисунке также показаны сенсорные пальцы Кориолиса, которые используются для определения смещения рама посредством емкостной трансдукции в ответ на силу, действующую со стороны массы.

Рис. 3. Схема механической конструкции гироскопа.

Рисунок 4, который показывает полную конструкцию, демонстрирует, что когда резонирующая масса перемещается и когда поверхность, на которой установлен гироскоп, вращается, масса и ее рама испытывают ускорение Кориолиса и перемещаются на 90 ° относительно вибрационного движения.По мере увеличения скорости вращения изменяется смещение массы и сигнал, полученный из соответствующей емкости. Следует отметить, что гироскоп можно разместить в любом месте вращающегося объекта и под любым углом, если его ось восприятия параллельна оси вращения.

Рис. 4. Рама и резонирующая масса смещаются вбок в ответ на эффект Кориолиса.

Емкостное зондирование

ADXRS645 измеряет смещение резонирующей массы и ее корпуса из-за эффекта Кориолиса с помощью емкостных чувствительных элементов, прикрепленных к резонатору, как показано на рисунке 4.Эти элементы представляют собой кремниевые балки, чередующиеся с двумя наборами неподвижных кремниевых балок, прикрепленных к подложке, таким образом образуя два номинально одинаковых конденсатора. Смещение из-за угловой скорости вызывает в этой системе дифференциальную емкость.

На практике ускорение Кориолиса представляет собой чрезвычайно слабый сигнал, производящий доли Ангстремов отклонения луча и соответствующие изменения емкости порядка зептофарадов. Поэтому чрезвычайно важно минимизировать перекрестную чувствительность к паразитным источникам, таким как температура, напряжение корпуса, внешнее ускорение и электрический шум.Частично это достигается размещением электроники, включая усилители и фильтры, на том же кристалле, что и механический датчик. Однако более важно проводить дифференциальные измерения как можно дальше в сигнальной цепи и соотносить сигнал со скоростью резонатора, особенно для того, чтобы иметь дело с эффектами внешнего ускорения.

Подавление вибрации

В идеале гироскоп был бы чувствителен только к скорости вращения и ни к чему другому. На практике все гироскопы имеют некоторую чувствительность к ускорению из-за асимметрии их механической конструкции и / или неточностей микрообработки.Фактически, существует множество проявлений чувствительности к ускорению, серьезность которых варьируется от конструкции к конструкции. Наиболее важными обычно являются чувствительность к линейному ускорению (или чувствительность g, ) и устранение вибрации (или чувствительность g, 2 ), и она может быть достаточно серьезной, чтобы полностью снизить номинальную стабильность смещения детали. Выходной сигнал некоторых гироскопов переключается с рельса на рельс, когда входная скорость выходит за пределы номинального диапазона измерения. Другие гироскопы имеют тенденцию блокироваться при воздействии ударов величиной в несколько сотен г .Эти гироскопы не повреждаются ударом, но они больше не реагируют на скорость, и их необходимо выключить и снова включить для перезапуска.

ADXRS645 использует новый подход к измерению угловой скорости, который позволяет отклонять удары силой до 1000 g — он использует четыре резонатора для дифференциального восприятия сигналов и отклонения синфазных внешних ускорений, не связанных с угловым движением. Пары верхнего и нижнего резонаторов на рисунке 5 механически независимы и работают в противофазе.В результате они измеряют одинаковую величину вращения, но выдают выходные сигналы в противоположных направлениях. Следовательно, разница между сигналами датчиков используется для измерения угловой скорости. Это отменяет неротационные сигналы, которые влияют на оба датчика. Сигналы объединяются во внутренней проводке перед предусилителями. Таким образом, экстремальные перегрузки при ускорении в значительной степени предотвращаются от попадания на электронику, тем самым позволяя формированию сигнала сохранять выходную угловую скорость во время сильных ударов.

Рис. 5. Конструкция четырехдифференциального датчика.

Датчик реализации

Упрощенная схема гироскопа и связанных с ним схем возбуждения и считывания показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Блок-схема встроенного гироскопа.

Контур резонатора определяет скорость резонирующей массы, усиливает и приводит в движение резонатор, поддерживая хорошо контролируемую фазу (или задержку) относительно пути прохождения сигнала Кориолиса. Схема Кориолиса используется для обнаружения движения корпуса акселерометра с последующей обработкой сигнала для определения величины ускорения Кориолиса и создания выходного сигнала, соответствующего входной скорости вращения.Кроме того, функция самотестирования проверяет целостность всей сигнальной цепи, включая датчик.

Пример приложения

Одна из самых суровых сред для электроники, вероятно, встречается в индустрии скважинного бурения на нефть и газ. Эти системы используют множество датчиков для лучшего понимания движения бурильной колонны под поверхностью, оптимизации операций и предотвращения повреждений. Скорость вращения сверла, измеряемая в оборотах в минуту, является ключевым показателем, который оператор буровой установки должен знать в любое время.Традиционно это рассчитывается с помощью магнитометров. Однако магнитометры подвержены помехам из-за присутствия черных металлов в обсадной колонне и окружающей скважине. Они также должны быть размещены в специальных немагнитных утяжеленных бурильных трубах (корпусах).

Помимо простого измерения числа оборотов в минуту, растет интерес к пониманию движения бурильной колонны или динамики бурения для оптимального управления такими параметрами, как величина приложенного усилия, скорость вращения и рулевое управление.Плохо управляемая динамика бурения может привести к высокой вибрации и чрезвычайно неустойчивому движению сверла, что приведет к увеличению времени бурения до целевой зоны, преждевременному выходу из строя оборудования, трудностям в управлении долотом и повреждению самой скважины. В крайних случаях оборудование может быть сломано и оставлено в колодце, и его придется извлекать с очень высокими затратами.

Один особенно вредный тип движения, возникающий из-за плохого управления параметрами бурения, известен как прерывистое скольжение. Прихват-проскальзывание — это явление, при котором буровое долото застревает, но верх бурильной колонны продолжает вращаться.Когда долото застревает, нижняя часть бурильной колонны разворачивается до тех пор, пока не наберет достаточный крутящий момент, чтобы оторваться, часто с большой силой. Когда это происходит, у бурового долота возникает большой скачок скорости вращения. Прерывистое проскальзывание имеет тенденцию происходить циклически и может длиться в течение длительного периода времени. Типичный отклик числа оборотов при скачкообразном движении показан на Рисунке 7. Поскольку бурильная колонна на поверхности продолжает нормально вращаться, бурильщики часто не подозревают, что это разрушительное явление происходит в скважине.

Рис. 7. Примеры циклического профиля частоты вращения при прерывистом скольжении.

Критически важным измерением для этого приложения является точное измерение скорости вращения вблизи бурового долота с высокой частотой дискретизации. Гироскоп, такой как вибропоглощающий ADXRS645, идеально подходит для этой задачи, поскольку измерение не связано с любым линейным перемещением бурильной колонны. Скорость вращения, рассчитанная с помощью магнитометров, подвержена шумам и ошибкам при высокой вибрации и неустойчивом движении.Решение на основе гироскопа дает мгновенный ответ для скорости вращения и не зависит от пересечения нуля или других алгоритмов, на которые могут повлиять удары и вибрация.

Кроме того, схема на основе гироскопа меньше по размеру и требует меньшего количества компонентов, чем решение феррозондового магнитометра, которое требует нескольких осей магнитометра и дополнительных схем управления. Формирование сигнала интегрировано в ADXRS645. Поддерживающие высокотемпературные ИС для выборки и оцифровки аналогового выхода гироскопа доступны в маломощных корпусах с малым количеством выводов.Цепь гироскопа с номиналом 175 ° C с цифровым выходом может быть реализована с помощью упрощенной сигнальной цепи, показанной на рисунке 8. Полный образец схемы сбора данных доступен на сайте www.analog.com/cn0365.

Рис. 8. Цепь цифрового выходного сигнала гироскопа, рассчитанная на 175 ° C.

Сводка

В этой статье представлен первый гироскоп для МЭМС, рассчитанный на работу при высоких температурах 175 ° C — ADXRS645. Этот датчик позволяет точно измерять угловую скорость в суровых условиях окружающей среды, исключая влияние ударов и вибрации.Гироскоп поддерживается набором высокотемпературных ИС для сбора сигнала для обработки. Для получения дополнительной информации о высокотемпературных продуктах Analog Devices посетите веб-сайт www.analog.com/hightemp.

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О мире беспроводной связи RF

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, оптоволокно, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, Bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей.В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN


RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. СПРАВОЧНЫЕ СТАТЬИ УКАЗАТЕЛЬ >>.


Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤


Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤


Основы и типы замирания : В этой статье описываются мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤


Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается блок-схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G. Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤


Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤


5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP


Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ Учебников >>


Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны Учебник по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF


В этом руководстве GSM рассматриваются основы GSM, сетевая архитектура, сетевые элементы, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура или иерархия кадров GSM, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызовов и восходящая линия связи PS-вызовов.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.


RF Technology Stuff

Эта страница мира беспроводной радиосвязи описывает пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP диапазона 70 МГц в диапазон C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤Система VSAT ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤ОсновыWaveguide


Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования ИУ на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.ИНДЕКС испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤ Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA


Волоконно-оптическая технология

Оптоволоконный компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH


Поставщики, производители радиочастотных беспроводных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, микросхема резистора, микросхема конденсатора, микросхема индуктивности, ответвитель, оборудование ЭМС, программное обеспечение для проектирования радиочастот, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор


MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды


* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: Часто мойте их
2. КОЛЕНО: Закашляйтесь
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, чтобы остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.


RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR


IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB



СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ


RF Wireless Учебники



Различные типы датчиков


Поделиться страницей

Перевести страницу

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *