Esiste un numero enorme di invenzioni caratterizzate da una lunga e molto ricca storia di utilizzo in vari dispositivi e dispositivi. Spesso puoi sentire il nome di qualcosa, ma non hai nemmeno un'idea di cosa sia destinato. È qui che sorge la domanda, cos'è un giroscopio? Vale la pena capirlo.
Un giroscopio è un dispositivo di navigazione che utilizza come elemento principale un rotore a rotazione rapida, fissato in modo tale che il suo asse di rotazione ruoti. Due telai cardanici forniscono tre gradi di libertà. In assenza di influenze esterne sul dispositivo, l'asse della propria rotazione del rotore mantiene una direzione costante nello spazio. Se è influenzato dal momento di una forza esterna che tende a ruotare l'asse della propria rotazione, allora inizia il suo movimento non attorno alla direzione del momento, ma attorno a un asse ad esso perpendicolare.
Se parliamo di cos'è un giroscopio, allora vale la pena notare che in un dispositivo rotante qualitativamente equilibrato e abbastanza veloce, montato su cuscinetti molto avanzati, con basso attrito, non c'è praticamente alcun momento di forze esterne, quindi il dispositivo è in grado di mantenere pressoché invariato il suo orientamento nello spazio. È quindi in grado di indicare l'angolo di rotazione della base su cui è fissato. Questo è esattamente il modo in cui è stato chiaramente dimostrato per la prima volta dal fisico francese J. Foucault. Se la rotazione dell'asse è limitata da una molla speciale, quando viene installato il dispositivo su cui esegue una rotazione, il giroscopio deformerà la molla fino a bilanciare il momento della forza esterna. IN questo caso la forza di tensione o compressione della molla sarà proporzionale alla velocità angolare del velivolo. Questo è il principio dell'indicatore di direzione dell'aviazione e di molti altri dispositivi giroscopici. Poiché c'è pochissimo attrito nei cuscinetti per mantenere in rotazione il rotore del giroscopio, non è necessaria molta energia. Di solito, per metterlo in moto, oltre che per mantenere questo movimento, è sufficiente un motore elettrico di piccola potenza o un getto di aria compressa.
Molto spesso, questo dispositivo viene utilizzato come elemento sensibile per indicare strumenti giroscopici, nonché come sensore per l'angolo di rotazione o la velocità angolare per dispositivi che funzionano sotto controllo automatico. In alcuni casi, il giroscopio può fungere da generatore di energia o coppia.
Al momento, il principio di funzionamento del giroscopio ne consente l'uso attivo in aviazione, navigazione e astronautica. Quasi tutte le navi marittime hanno una girobussola per il controllo automatico o manuale della nave, e alcune usano anche stabilizzatori giroscopici. Il sistema di controllo del fuoco dell'artiglieria navale è solitamente dotato di molti giroscopi aggiuntivi, progettati per fornire un quadro di riferimento stabile o per misurare le velocità angolari.
Se capisci cos'è un giroscopio, dovresti capire che senza di esso è semplicemente impensabile controllo automatico siluri. Anche gli elicotteri e gli aeroplani sono necessariamente dotati di questi dispositivi per dare informazione affidabile sul funzionamento dei sistemi di navigazione e di stabilizzazione. Tali dispositivi includono l'indicatore di assetto, l'indicatore giroscopico di virata e rollio, il giroscopio verticale. Se consideriamo un elicottero con giroscopio, questo dispositivo può fungere sia da dispositivo di puntamento che da sensore autopilota. Molti velivoli sono dotati di apparecchiature giroscopiche e di altro tipo: telecamere con giroscopi, girosettanti, mirini di navigazione. Nell'aviazione militare, i giroscopi vengono utilizzati attivamente come componenti nel mirino dei bombardamenti e dei tiri aerei.
Quindi, se consideriamo cos'è un giroscopio, va notato che questo dispositivo viene utilizzato attivamente non solo nelle aree precedentemente indicate. Smartphone moderni e le tavolette sono dotate di massa caratteristiche aggiuntive e moduli, mentre alcuni sono molto utili, mentre altri possono interferire con il comodo utilizzo del dispositivo, infastidendo gli utenti. Uno di questi è il giroscopio nel telefono, che diventa chiaro quando usi il tuo dispositivo. Da un lato risulta essere molto utile, anche se dall'altro la maggior parte degli utenti preferisce semplicemente spegnerlo.
Per prima cosa devi decidere che tipo di dispositivo è e da quale funzionalità è caratterizzato. Quindi, un giroscopio in un telefono è l'elemento necessario per determinare come è orientato il dispositivo nello spazio. In alcuni casi, questo sensore può essere utilizzato per proteggere i singoli elementi del dispositivo da cadute future. Questo sensore, infatti, è progettato per determinare il cambio di posizione, e in presenza di un accelerometro, e l'accelerazione durante una caduta. Le informazioni vengono quindi trasferite all'unità di calcolo del gadget. Se c'è un certo Software il dispositivo decide come reagire ulteriormente ai cambiamenti che gli sono avvenuti.
Quindi, se tutto diventa chiaro con la domanda su cosa sia un giroscopio, resta da scoprire perché viene utilizzato nei telefoni. Proteggere gli interni non è l'unico compito qui. In combinazione con una varietà di software, ha una serie di funzioni diverse. Ad esempio, uno smartphone può essere utilizzato per giochi controllati inclinando, scuotendo o ruotando il dispositivo. Tale gestione ti consente di rendere i giochi davvero entusiasmanti, quindi sono molto richiesti.
Si può notare che i prodotti Apple sono dotati di giroscopi e svolgono un ruolo molto significativo, poiché molte applicazioni sono legate ad essi. Una modalità chiamata CoverFlow è stata sviluppata appositamente per questo. C'è molto un gran numero di applicazioni che funzionano in questa modalità, ma puoi fermarti ad alcune che lo dimostrano più chiaramente. Ad esempio, se utilizzi una calcolatrice su iPhone, quindi in posizione verticale, l'utente avrà accesso solo a semplici passaggi vale a dire, addizione, sottrazione, divisione e moltiplicazione. Ma quando ruoti il dispositivo di 90 gradi, tutto cambia. Allo stesso tempo, la calcolatrice passa alla modalità avanzata, ovvero all'ingegneria, in cui saranno disponibili molte più funzioni.
Se capisci come funziona il giroscopio, va notato che le sue funzioni possono anche essere utilizzate per determinare la tua posizione sul terreno.
Puoi visualizzare una mappa dell'area su tale dispositivo utilizzando la navigazione GPS, e in questo caso la mappa girerà sempre nella direzione in cui è diretto il tuo sguardo. Pertanto, se ti trovi di fronte, ad esempio, a un fiume, questo verrà visualizzato sulla mappa e, se ti volti, cambierà anche la posizione della mappa. Grazie a ciò, l'orientamento nell'area è notevolmente semplificato e può essere molto utile per le persone appassionate di attività all'aria aperta.
Possiamo anche dire delle carenze inerenti ai giroscopi. Molto spesso vengono disattivati a causa del fatto che i programmi reagiscono a un cambiamento di posizione nello spazio con un certo ritardo. Ad esempio, se decidi di leggere sdraiato sul divano, dallo schermo di uno smartphone o tablet, allora il giroscopio e il programma ad esso associato cambieranno l'orientamento della pagina ogni volta che ti girerai o cambierai postura. Ciò causa molti disagi, poiché molto raramente il dispositivo è in grado di interpretare correttamente la posizione nello spazio e la situazione è aggravata dalla reazione tardiva del programma.
I primi giroscopi erano meccanici. Questo tipo di dispositivo è ancora utilizzato oggi, ma con alcuni miglioramenti per renderlo più utile. SU questo momento c'è un giroscopio laser, che è privo degli svantaggi inerenti a quelli meccanici. Ed è proprio un dispositivo del genere che viene utilizzato nella tecnologia moderna.
Ora tutti gli smartphone sono dotati di almeno un sensore e molto spesso diversi. I sensori di prossimità, illuminazione e movimento sono diventati i più comuni. La maggior parte degli smartphone è dotata di un accelerometro che reagisce al movimento del dispositivo su due o massimo tre piani. Per interagire completamente con un visore per realtà virtuale, è necessario un giroscopio che rilevi i movimenti in qualsiasi direzione.
Un giroscopio in uno smartphone è un convertitore microelettromeccanico di velocità angolari in segnale elettrico. In altre parole, questo sensore calcola la variazione dell'angolo di inclinazione rispetto all'asse quando il dispositivo viene ruotato.
Un giroscopio appartiene ai sistemi microelettromeccanici (MEMS), che combinano parti meccaniche ed elettroniche. Tali trucioli sono dell'ordine di un paio di millimetri o meno.
Un giroscopio convenzionale è costituito da un oggetto inerziale che ruota rapidamente attorno al proprio asse. Pertanto, mantiene la sua direzione e lo spostamento dell'oggetto controllato viene misurato modificando la posizione delle sospensioni. Negli smartphone, un tale top ovviamente non si adatta, invece viene utilizzato MEMS.
Nel più semplice giroscopio ad asse singolo, ci sono due masse mobili che si muovono in direzioni opposte (mostrate in blu nell'immagine). Non appena viene applicata una velocità angolare esterna, la forza di Coriolis agisce sulla massa, che è diretta perpendicolarmente al loro movimento (contrassegnato in arancione).
Sotto l'azione della forza di Coriolis, le masse si spostano di una quantità proporzionale alla velocità applicata. La modifica della posizione delle masse modifica la distanza tra gli elettrodi mobili (rotori) e quelli fissi (statori), il che comporta un cambiamento nella capacità del condensatore e, di conseguenza, la tensione sulle sue piastre, e questo è un elettrico segnale. Questi segnali multipli vengono riconosciuti dal giroscopio MEMS, determinando la direzione e la velocità del movimento.
Il microcontrollore riceve informazioni sulla tensione e la converte in velocità angolare in un dato momento. Il valore della velocità angolare può essere determinato con una certa precisione, ad esempio fino a 0,001 gradi al secondo. Per determinare di quanti gradi attorno all'asse ha ruotato il dispositivo, è necessario moltiplicare la velocità istantanea per il tempo tra due letture del sensore. Se utilizzi un giroscopio a tre assi, otterremo dati sulle rotazioni su tutti e tre gli assi, ovvero, in questo modo, determineremo l'orientamento dello smartphone nello spazio.
Vale la pena notare qui che per ottenere i valori degli angoli, è necessario integrare le equazioni originali, che includono le velocità angolari. Ogni integrazione aumenta l'errore. Se calcoli la posizione solo con l'aiuto di un giroscopio, nel tempo i valori calcolati diventeranno errati.
Pertanto, negli smartphone, per determinare con precisione l'orientamento nello spazio, sono necessari anche i dati dell'accelerometro. Questo sensore misura l'accelerazione lineare ma non risponde alle virate. Entrambi i sensori sono in grado di descrivere completamente tutti i tipi di movimento. Il vantaggio principale di un giroscopio rispetto a un accelerometro è che risponde al movimento in qualsiasi direzione.
Una maggiore attenzione a questo sensore è stata negli ultimi due anni, quando i giochi e le applicazioni di realtà virtuale hanno iniziato a svilupparsi attivamente. Per l'interazione dell'utente con la realtà virtuale, il programma deve determinare con precisione la posizione di una persona nello spazio. Adesso anche nei più smartphone economiciè installato un accelerometro, ma le sue letture sono accompagnate da rumore e il sensore non risponde a svolte e movimenti sul piano orizzontale. Pertanto, per una completa immersione in realta virtuale Uno smartphone deve avere un giroscopio e un accelerometro.
Di solito, le caratteristiche di uno smartphone indicano quali sensori ha. Se dubiti della veridicità delle informazioni, ti aiuteranno programmi speciali. Ad esempio, Sensor Box per Android mostra informazioni su tutti i sensori integrati. Il giroscopio in esso è designato come giroscopio. Ci sono altri modi che abbiamo descritto in questo articolo.
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Nonostante la popolarità di questo sensore, molte persone si chiedono cosa sia un giroscopio. Proviamo a capirlo.
Il dispositivo che stiamo considerando, infatti, è un top che ruota attorno ad un asse verticale. È fissato in una cornice che ruota attorno a un altro asse. Anche quest'altro asse è fissato nel suo telaio, che ruota attorno al terzo asse.
Grazie a ciò, non importa come giri la parte superiore, avrà sempre una posizione verticale nello spazio.
Il principio di funzionamento del giroscopio può essere visto anche nella Figura 1. Da esso, in particolare, si può capire che nel classico dispositivo sono presenti pesi vibranti. E la frequenza della loro vibrazione è uguale alla velocità moltiplicata per lo spostamento.
Grazie a un fenomeno come l'accelerazione di Cariolis, nonostante la rotazione del corpo, è in grado di mantenere la sua posizione rispetto al piano di rotazione. Naturalmente, avviene solo durante la rotazione.
In realtà, questa semplice proprietà dei corpi rotanti è alla base del principio di funzionamento del giroscopio che la maggior parte di noi ha nei propri smartphone.
Gli sviluppatori hanno imparato a rendere il giroscopio molto più semplice e più piccolo. Ciò ha permesso loro di inserirlo in una piccola scheda che può essere posizionata sotto il corpo di qualsiasi dispositivo mobile moderno.
Nel telefono è necessario per determinare la posizione del dispositivo nello spazio.
Per l'utente, tutto sembra estremamente semplice: si gira lo smartphone in orizzontale o in verticale e la posizione di tutte le icone sullo schermo cambia. Questo è applicabile per giochi e vari programmi.
In molti casi, le rotazioni dello schermo possono essere utilizzate per eseguire determinate azioni, come il blocco della tastiera.
Interessante: Per la prima volta, il giroscopio è stato utilizzato nell'iPhone 4. Da allora, questo sensore è diventato un elemento indispensabile di qualsiasi dispositivo mobile.
Ora sai come funziona questo sensore. Vale la pena capire come scoprire se è nel tuo gadget.
A seconda del sistema operativo, a questo scopo possono essere utilizzati diversi programmi:
Nel primo programma, devi fare clic sull'icona "Sensore accelerometro". Nel secondo, non devi fare nulla.
C'è un modo ancora più semplice: se c'è un elemento "Rotazione schermo" nelle impostazioni (o qualcosa di simile), c'è un giroscopio. Ma le applicazioni di cui sopra aiutano a identificare i problemi nel funzionamento di questo sensore.
Un giroscopio è uno dei tanti sensori moderni, senza i quali è difficile immaginare il funzionamento di uno smartphone.
La portata di questo sensore nel telefono è piuttosto ampia. Un giroscopio a tutti gli effetti ricorda visivamente una parte superiore all'interno di diversi cerchi. A causa delle sue dimensioni, questo design non può essere installato in un gadget, quindi è stato sostituito con un sensore basato su un sistema microelettromeccanico.
Un giroscopio in un telefono moderno è un sensore che consente di modificare automaticamente l'orientamento dello schermo in base alla posizione dello smartphone.
Per la prima volta nell'iPhone 4 è stato installato il giroscopio, grazie al quale il dispositivo ha acquisito nuove utili funzionalità. Con il sensore, gli utenti potevano, ad esempio, girare le pagine e cambiare traccia nel lettore scuotendo lo smartphone.
Per abilitare il sensore sui dispositivi con sistema operativo Android 4.0 KitKat e versioni successive sono sufficienti per implementare l'area notifiche e attivare l'opzione di rotazione automatica dello schermo.
Generalmente, telefoni moderni dotati di questi sensori in coppia. Il principio del loro lavoro, sebbene simile, non è duplicato. misura l'accelerazione di un oggetto in movimento, mentre il giroscopio misura l'angolo di deviazione del dispositivo rispetto a diversi piani.
Giroscopio portato fuori processo di gioco SU nuovo livello. Ruotando il dispositivo nello spazio, l'utente può guidare un'auto, giocare a duello, cercare personaggi e molto altro.
Se parli di applicazioni standard, i vantaggi più significativi dell'aspetto del giroscopio, ad esempio, nell'applicazione calcolatrice. Nell'orientamento verticale, l'utente ha accesso alle operazioni standard: addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione. Ruota il telefono di 90 gradi per ottenere grande scelta funzioni trigonometriche per tutte le occasioni.
Certo, con funzionamento automatico sensore è molto più comodo per guardare i video di YouTube e sfogliare le foto. Un altro sensore può essere utilizzato per creare un telefono livello dell'edificio- Per questo è necessario scaricare un'applicazione speciale.
In effetti, il giroscopio non ha inconvenienti. Naturalmente, a volte c'è disagio quando si visualizzano immagini o si legge, quando si cambia la postura di una persona e di un dispositivo, sono possibili cambiamenti indesiderati nell'orientamento dello schermo. La soluzione è semplice - disabilita la rotazione automatica nelle impostazioni.
Ciao a tutti, cari utenti del meglio portale mobile cestino. Il sesto articolo di oggi sotto il titolo "Come funziona" è dedicato al giroscopio. Se non sai di cosa si tratta, questo articolo è per te. Scopriamo cos'è un giroscopio e come funziona. Il più interessante sotto il taglio.
Un giroscopio (in traduzione significa "rotazione" o "sguardo") è un dispositivo che ha la capacità di misurare i cambiamenti negli angoli di orientamento del corpo ad esso associati rispetto al sistema di coordinate inerziali. Attualmente sono noti due tipi di giroscopi: meccanico e ottico. Secondo la modalità di funzionamento, i giroscopi sono suddivisi in: sensori di velocità angolare e indicatori di direzione. Tuttavia, un dispositivo può funzionare contemporaneamente diverse modalità a seconda del tipo di controllo.
Per quanto riguarda i giroscopi meccanici, il giroscopio rotante è il più noto: è un corpo solido che ruota rapidamente e il cui asse è in grado di cambiare orientamento nello spazio. La velocità di rotazione del giroscopio in questo caso supera notevolmente la velocità di rotazione dell'asse della sua rotazione. La proprietà principale di questo giroscopio è la capacità di mantenere una direzione costante dell'asse di rotazione nello spazio in assenza di qualsiasi influenza di forze esterne su di esso. La parte principale di un giroscopio rotante è un rotore in rapida rotazione con diversi gradi di libertà (assi di possibile rotazione).
Il principio di funzionamento del giroscopio risiede nei pesi che vibrano su un piano con la frequenza della velocità moltiplicata per lo spostamento. Quando il giroscopio ruota, si verifica la cosiddetta accelerazione di Coriolis. Se hai saltato la fisica a scuola o non lo sai, allora tutti i corpi hanno un'unica proprietà: quando ruotano, mantengono il loro orientamento rispetto alla direzione della gravità. In sostanza, un giroscopio è una trottola che ruota attorno ad un asse verticale, fissata in un telaio che può ruotare attorno ad un asse orizzontale, ea sua volta è fissata in un altro telaio che può ruotare attorno ad un terzo asse. Quindi, possiamo giungere alla conclusione: non importa come giriamo la parte superiore, ha sempre la capacità di essere ancora in posizione verticale. I sensori raccolgono il segnale su come la parte superiore è orientata rispetto ai telai e il processore legge come i telai in questo caso dovrebbero essere posizionati rispetto alla gravità.
I giroscopi sono usati nella tecnologia. Sono utilizzati come componenti sia nei sistemi di navigazione (angolo di assetto, girobussola, ecc.) che nei sistemi di orientamento e stabilizzazione dei veicoli spaziali. Per quanto riguarda il sistema di stabilizzazione vero e proprio, esso può essere di tre tipi: un sistema di stabilizzazione della potenza (utilizzato sui giroscopi a due stadi), un sistema di stabilizzazione dell'indicatore di forza (anche su giroscopi a due stadi) e un sistema di stabilizzazione dell'indicatore (su tre giroscopi da palco).
E ora di più su questi tre tipi principali. Sistema di stabilizzazione della forza: è necessario un giroscopio per stabilizzare attorno a ciascun asse. La stabilizzazione stessa viene effettuata direttamente dal giroscopio, oltre che dal motore di scarico. All'inizio agisce il momento giroscopico, quindi viene collegato il motore di scarico. Sistema di stabilizzazione della forza dell'indicatore: anche la stabilizzazione richiede un giroscopio. La stabilizzazione viene effettuata solo dai motori di scarico, ma all'inizio c'è un piccolo momento giroscopico. E l'ultimo è il sistema di stabilizzazione dell'indicatore: è necessario un giroscopio per stabilizzarsi attorno a due assi. La stabilizzazione viene eseguita solo scaricando i motori.
Tocchiamo l'argomento dell'utilizzo di un giroscopio in dispositivi mobili e console di gioco. Attualmente, la maggior parte degli smartphone utilizza un cosiddetto accelerometro MEMS. Come sensore di accelerazione, nel suo stato di riposo, vede solo un vettore: il vettore della forza di gravità universale, che è sempre diretta verso il centro della Terra. Utilizzando le espansioni del vettore negli assi sensibili del sensore, si calcola senza alcuna difficoltà la posizione angolare del dispositivo nello spazio. Inoltre, la scomposizione del vettore può mostrare che il sensore non è in grado di determinare la rotazione del dispositivo lungo l'angolo di rotta, ovvero girare a sinistra oa destra con lo smartphone posizionato sul bordo - la proiezione del vettore sulla rotta è sempre zero. Per la prima volta, Nintendo ha rilasciato un controller di gioco in grado di determinare la sua posizione nello spazio: Telecomando Wii per la console di gioco Wii e utilizza solo un accelerometro 3D.
Inoltre, il giroscopio iniziò ad essere utilizzato nei controller di gioco. Ad esempio, Sixaxis per SONY PlayStation di terza generazione e Wii MotionPlus per Nintendo Wii. Entrambi i controller di gioco utilizzano due sensori spaziali complementari: un giroscopio e un accelerometro. Anche negli ultimi controller, oltre all'accelerometro, viene utilizzato un sensore spaziale aggiuntivo: un giroscopio. Se porti il lavoro del giroscopio in altre cose, allora ci sono giocattoli basati sul giroscopio. Gli esempi più banali sono lo yo-yo e la trottola, o la gente la chiama "yula". Le trottole differiscono dai giroscopi in quanto non hanno un unico punto fisso.
In altre aree, c'è anche l'uso del giroscopio: ce n'è un intero elenco. Il giroscopio viene utilizzato nei dispositivi di navigazione di aerei e veicoli spaziali, nelle armi (il proiettile si attorciglia quando viene sparato, questo gli conferisce una stabilità molto maggiore e aumenta la precisione del tiro), le ruote di una bicicletta o un dispositivo simile funzionano come giroscopi - questo impedisce il cavaliere dalla caduta. Pertanto, qualsiasi oggetto rotante può essere chiamato giroscopio: contrasta la deviazione dell'asse di rotazione.
