Analog devices разработала mems гироскоп для применения в жестких условиях окружающей среды

Примечания

  1. 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.
  2. , с. 190-197.
  3. 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.
  4. 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.
  5. ↑ , с. 62-64.
  6. 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.
  7. , с. 255-256.
  8. , с. 170-171.

Особенности датчика гироскопа EV3

Для правильной работы датчика его нужно включать в контроллер EV3 в полностью неподвижном состоянии. Когда мы устанавливаем гироскопический датчик на робота обязательным условием является полная неподвижность робота в его начальном состоянии. Робот должен стоять без движения, иначе датчик будет работать некорректно. При помощи этого датчика можно легко программировать повороты робота вокруг оси. Датчик имеет частоту дискретизации 1 килогерц.

Сенсор подключается к блоку программирования EV3 плоским черным соединительным кабелем, который входит в набор. Гироскопический датчик можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. Но по умолчанию датчик подключается во второй порт. Программное обеспечение контроллера Lego EV3 автоматически определяет порт подключения датчика.

Одной из особенностей датчика гироскопа EV3 является проблема дрейфа. Она состоит в том, что, когда датчик в покое т.е. неподвижен, его показания изменяются и постоянно увеличиваются. Эта проблема может быть решена несколькими способами, но это лучше рассматривать в отдельной статье.

Литература

  • Бороздин В. Н.  Гироскопические приборы и устройства систем управления: Учеб. пособие для втузов. — М.: Машиностроение, 1990. — 272 с. — ISBN 5-217-00359-6.
  • Гироскопические системы / Под ред. Д. С. Пельпора. В 3 ч. — М.: Высшая школа, 1986—1988. Ч. 1: Теория гироскопов и гироскопических стабилизаторов. 1986; Ч. 2: Гироскопические приборы и системы. 1988; Ч. 3: Элементы гироскопических приборов. 1988
  • Матвеев В. В., Распопов В. Я.  Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. 2-е изд / Под ред. В. Я. Распопова. — СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2009. — 280 с. — ISBN 978-5-900780-73-3.
  • Меркурьев И. В., Подалков В. В.  Динамика микромеханического и волнового твердотельного гироскопов. — М.: Физматлит, 2009. — 226 с. — ISBN 978-5-9221-1125-6.
  • Павловский М. А.  Теория гироскопов: Учебник для вузов. — Киев: Вища школа, 1986. — 303 с.
  • Пельпор Д. С.  Гироскопические системы. Ч. 2. Гироскопические приборы и системы. 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1988. — 424 с. — 6000 экз. — ISBN 5-06-001186-0.
  • Савельев И. В.  Курс общей физики. Т. 1. Механика. — М.: Астрель, 2004. — Т. 1. — 336 с. — 5000 экз. — ISBN 5-17-002963-2..
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 5-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2006. — Т. I. Механика. — 560 с. — ISBN 5-9221-0715-1.
  • Климов Д.М., Журавлёв В.Ф., Жбанов Ю.К. Кварцевый полусферический резонатор (Волновой твердотельный гироскоп). — М.: Ким Л.А., 2017. — 194 с. — ISBN 978-5-9909668-5-7.

Достоинства и недостатки

Гирокомпасы имею ряд преимуществ перед магнитными компасами.

Во-первых, гирокомпасы всегда указывают на истинный географический полюс Земли, в то время как магнитные компаса в лучшем случае могут показать приблизительное направление на магнитные полюса, которые не совпадают с географическими, о чем мы подробно рассказывали здесь (Куда показывает стрелка компаса).

Во-вторых, гирокомпасы дают точные показания в зонах магнитных аномалий, а показания магнитных компасов могут сильно искажаться на этих территориях.

И, наконец, в-третьих, гирокомпасу не страшны магнитные девиации, что актуально при использовании такого средства навигации на транспорте (например, судне или самолете). В отличии от него, магнитный компас, не оснащенный системой магнитов, устраняющих погрешности магнитной девиации, на том же морском судне будет давать колоссальные ошибки. И даже при наличии устройства, корректирующего показания, система устранения магнитных девиаций через время сама будет нуждаться в корректировке.

Корректировка показаний гирокомпаса требуется в очень редких случаях

Тем не менее на случай поломки гирокомпаса на судне желательно наличие магнитного компаса.

Несмотря на свои достоинства, из-за больших размеров, массы, а также необходимости электропитания, гирокомпасы не могут быть применены в туризме, и по-прежнему спутником любого туриста, охотника и выживальщика остается магнитный компас.

Зачем нужен гироскоп и как узнать, есть ли он в смартфоне?

С некоторых пор выяснилось, что гироскоп является очень важным датчиком. И весьма печально, что об его отсутствии производители смартфонов скромно умалчивают на своих презентациях. К счастью, узнать о наличии или отсутствии гироскопа можно как до покупки устройства, так и после. Как это сделать — рассказано в сегодняшней статье.

Что такое гироскоп?

Но сначала давайте разберемся с тем, чем именно является гироскоп

Также мы постараемся выяснить, настолько ли важной деталью он считается. И лишь после этого мы расскажем вам о том, как проверить его наличие

Полноценный гироскоп по своей форме похож на юлу или волчок. Он обладает подставкой, диском-ротором, шпилькой и несколькими обручами. Его конструкция выполнена таким образом, что диск всегда находится в одном положении, за что следует поблагодарить силу тяжести.

В смартфон невозможно установить классический гироскоп, так как он имеет слишком крупные размеры. Поэтому вместо него используется специальный датчик, построенный на основе микроэлектромеханической системы. Его ширина варьируется от 5 до 10 мм, а высота не превышает 5 мм. Однако и такие габариты кажутся некоторым производителям смартфонов чересчур большими, в связи с чем частенько они отказываются от установки гироскопа.

Где используется гироскоп?

Данный датчик является усовершенствованной версией акселерометра. С его помощью операционная система не только вовремя узнаёт о передвижении и вращении устройства, но и может с точностью отслеживать все эти действия. Если акселерометр — это своеобразный строительный уровень, то гироскоп увеличивает точность показаний этого датчика в разы.

Если вы в будущем хотите приобрести VR-шлем для Android, то в вашем аппарате обязан присутствовать гироскоп. Данный датчик будет отслеживать повороты вашей головы, направляя виртуальный взгляд именно в ту сторону, в которую направлены ваши настоящие глаза. Также гироскоп на Андроид помогает в просмотре звездного неба. Если использовать соответствующее приложение, то оно будет понимать, в какую сторону света направлена камера, показывая названия видимых в данный момент созвездий.

А ещё этот датчик используется в играх с дополненной реальностью. Самым ярким примером тому служит Pokemon Go. Если гироскопа в смартфоне нет, то карманные монстры будут прыгать по виртуальной траве. Если же датчик присутствует, то зверьки станут двигаться по настоящему миру, видимая область которого попадает во взгляд встроенной камеры.

Как узнать, имеется ли гироскоп в смартфоне или планшете

Если на ваш смартфон или планшет установлен клиент YouTube, то откройте его и введите в поисковую строку запрос «360 видео». Запустите показ любого из выданных результатов. Если вы можете вертеть взглядом виртуальной камеры при помощи поворотов смартфона, то гироскоп присутствует и успешно функционирует. Если поворачивать взгляд можно только пальцем, то датчика в составе аппарата нет.

Другой способ заключается в использовании приложения AnTuTu Benchmark. Вам нужно его скачать, установить и запустить. Во вкладке «Инфа» вы обнаружите все технические спецификации своего устройства. В том числе вы увидите наименование встроенного гироскопа. Либо обнаружите, что он «Не поддерживается» (то есть, его попросту нет).

Вместо AnTuTu можно установить и более специализированную утилиту. Речь идет о Sensor Sense. Он отображает показания со всех встроенных в смартфон датчиков. Если гироскопа в списке нет, то он в гаджет не встроен. Это можно сказать и в том случае, если данные у этого датчика не изменяются при вращении аппарата в руках.

Данный элемент смартфона работает на постоянной основе. Его нельзя включить или отключить. Если вы в этот момент думаете о функции поворота экрана, то за неё отвечает акселерометр. И эту функцию действительно можно отключить. Для этого совершите следующие действия:

1. Перейдите в раздел с настройками системы.

2. Перейдите в подраздел «Экран».

3. Здесь вы без труда обнаружите пункт, отвечающий за действия устройства при его повороте. Смените его значение на нужное.

На корпусе некоторых старых гаджетов (в основном на планшетных компьютерах) можно обнаружить отдельный переключатель. Он блокирует поворот экрана, вне зависимости от выставленных настроек.

Можно ли настроить гироскоп?

Как уже было сказано выше, гироскоп является совершенно самостоятельным датчиком, в работу которого вмешаться никак нельзя. Если акселерометр можно откалибровать, то с гироскопом никакие подобные действия совершить нельзя. Если же он вовсе отсутствует, то придется покупать для дополненной или виртуальной реальности новый телефон.

setphone.ru

Analog Devices ADXRS450

Развивающиеся технологии требуют применения MEMS (MEMES — micro-electro-mechanical systems, технология микроэлектромеханических систем) датчиков движения в промышленной автоматике, медицине, инструментах и приборах, где требуется более высокая производительность и точность, чем типичная, присущая датчикам движения в потребительских системах. Чтобы удовлетворить данные растущие потребности в стабильности, точности, высокой устойчивости к вибрациям и ударам, компания Analog Devices разработала высокопроизводительный iMEMS (интегральная микроэлектромеханическая система)  гироскоп с цифровым выходом, специализированный датчик угловой скорости для применения в жестких промышленных условиях.

ADXRS450 – интегральный MEMS гироскоп четвертого поколения, характеризующийся усовершенствованной архитектурой, дифференциальной 4-х сенсорной конструкцией, которая позволяет работать в среде с интенсивной вибрацией и ударами. Компания заявляет, что ни один аналогичный MEMS гироскоп не в состоянии выступать на данном уровне при таких условиях. С высокой производительностью и низким энергопотреблением (около 6 мА) ADXRS450 эффективен для различных приложений в робототехнике, авиационной электронике, высокоточных инструментах и приборах, в стабилизирующих платформах высокоскоростных поездов.

Основные параметры и характеристики ADXRS450:

  • полный датчик угловой скорости (гироскоп) на одном кристалле;
  • диапазон измерений ±300°/с;
  • высокая устойчивость к вибрации в широком частотном диапазоне;
  • превосходная стабильность установки смещения нуля;
  • интегрированная схема температурной компенсации;
  • стабильный выходной сигнал в присутствии механических шумовых колебаний с величиной ускорения до 2000 g;
  • цифровой выход – интерфейс SPI (16-битные данные);
  • температурный диапазон: -40°С — +105°С;
  • диапазон питающего напряжения: 3.3 В – 5.0 В;
  • доступны в корпусах: 16-вводный SOIC (SOIC_CAV) и керамический 14-выводный SMT-совместимый для вертикальной установки (LCC_V).

Архитектура с четырьмя датчиками полностью исключает влияние линейного ускорения, позволяя гироскопу работать в жестких условиях окружающей среды, где присутствуют вибрация, удары, тряска, которые могут вызывать ошибки измерения. ADXRS450 – самый устойчивый, защищенный от влияния вибраций, доступный гироскоп, с чувствительностью к линейному ускорению всего 0.03°/с/g, с плотностью шума 0.020°/с/ √Гц. Важнейший для портативных автономных устройств параметр – это энергопотребление. Гироскоп ADXRS450 потребляет ток величиной 6 мА при типовых условиях. Другие особенности датчика угловой скорости включают: схему внутренней температурной компенсации в расширенном промышленном диапазоне температур и доступность устройств в керамическом корпусе для вертикальной установки, что дает возможность делать 3-осевые измерения при размещении датчика на одной печатной плате, без дополнительных дочерних плат.

В приборе, для повышения надежности, предусмотрена встроенная система полного механического и электронного автотестирования, которая функционирует без необходимости отключения датчиков.

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Analog Devices’ High-performance, Low-power MEMS Gyroscope Enables Applications In Harsh Industrial Environments

19 предложений от 13 поставщиков
Gyroscopes Single Axis ±400°/s

ЭИКРоссия ADXRS450BRGZAnalog Devicesот 2 954 ₽Купить
ЭлитанРоссия ADXRS450BRGZAnalog Devices3 463 ₽Купить
ЗУМ-СМДРоссия ADXRS450BEYZAnalog Devices6 453 ₽Купить
ТаймЧипсРоссия ADXRS450BRGZAnalog Devicesпо запросуКупить
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.

Публикации по теме

  • Новости Texas instruments выпускает оценочный модуль с возможностью применения в высокотемпературных и жестких условиях окружающей среды
  • Новости Advantech представляет встраиваемую мобильную видеосистему для работы в жестких условиях окружающей среды
  • Новости Прецизионный MEMS гироскоп ADIS16136 от Analog Devices соперничает с оптическим
  • Статьи Электроника для мониторинга окружающей среды
  • Статьи Устройства аккумулирования энергии окружающей среды. Применение термоэлектрических преобразователей для питания беспроводных датчиков

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.См. также МАХОВИК.

Основные области применения гироскопов – судоходство, авиация и космонавтика (см. ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ). Почти каждое морское судно дальнего плавания снабжено гирокомпасом для ручного или автоматического управления судном, некоторые оборудованы гиростабилизаторами. В системах управления огнем корабельной артиллерии много дополнительных гироскопов, обеспечивающих стабильную систему отсчета или измеряющих угловые скорости. Без гироскопов невозможно автоматическое управление торпедами. Самолеты и вертолеты оборудуются гироскопическими приборами, которые дают надежную информацию для систем стабилизации и навигации. К таким приборам относятся авиагоризонт, гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота. Гироскопы могут быть как указывающими приборами, так и датчиками автопилота. На многих самолетах предусматриваются гиростабилизированные магнитные компасы и другое оборудование – навигационные визиры, фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной авиации гироскопы применяются также в прицелах воздушной стрельбы и бомбометания.

Гироскопы разного назначения (навигационные, силовые) выпускаются разных типоразмеров в зависимости от условий работы и требуемой точности. В гироскопических приборах диаметр ротора составляет 4–20 см, причем меньшее значение относится к авиационно-космическим приборам. Диаметры же роторов судовых гиростабилизаторов измеряются метрами.

Лазерный гироскоп

Действие лазерных гироскопов основано на эффекте Саньяка, названном по имени французского физика Жоржа Саньяка, который в 1913 году построил оптический интерферометр для измерения скорости вращения. Суть эффекта Саньяка в том, что во вращающейся системе координат время прохождения электромагнитной волны по замкнутому контуру отличается от времени его прохождения по такому же контуру в покоящейся системе координат и зависит еще и от направления вращения. Световой луч, создаваемый источником света, разделялся на две части, которые шли в противоположных направлениях по периметру платформы и попадали на интерферометр. По изменению интерференционной картинки можно было судить о скорости вращения системы.

Однако реализовать его в гироскопии стало возможным только после изобретения лазера. Впервые сообщение о возможности создания на основе лазеров принципиально новых измерительных приборов — лазерных гироскопов — было сделано в конце 1962 года будущим лауреатом Нобелевской премии Александром Прохоровым в Физическом институте АН СССР. Но еще за десять лет до появления первых лазеров в Советском Союзе Израиль Берштейн провел экспериментальные исследования эффекта Саньяка в радиодиапазоне по схеме, которая по существу соответствует современной архитектуре построения волоконно-оптических гироскопов. Предпосылок для перенесения этих исследований в оптический диапазон тогда еще не было, но приоритет Израиля Берштейна, предвосхитившего концепцию построения волоконно-оптического гироскопа, признают в России и в СШA.

Одновременно в 1962 году А.Розенталь (США) предложил, а В.Мацек и Д.Дэвис (США) реализовали первый He-Ne лазер с кольцевым резонатором (кольцевой лазер), с которого началось развитие лазерной гироскопии. А одну из первых моделей лазерного гироскопа продемонстрировала компания Lockheed Martin уже в середине 1960-х.

Лазерный гироскоп называется кольцевым, поскольку луч в нем, отражаясь от зеркал, проходит по замкнутому контуру в форме квадрата или треугольника. По кольцевому контуру проходят два луча лазера в противоположных направлениях, навстречу друг другу. Если вся эта система лазера и зеркал неподвижна в инерциальной системе отсчета, то частоты обоих лучей, воспринимаемые детектором, будут одинаковы. Но если эта система будет вращаться вокруг оси, перпендикулярной плоскости траектории лучей, то измеряемые частоты лучей вследствие эффекта Доплера будут различаться. Причем тем сильнее, чем больше угловая скорость вращения. Ее можно определить по интерференционной картинке на детекторе.

Гироскоп в смартфоне — для чего он нужен

28.12.2019

Технологии

А Вы знали, что в Вашем смартфоне есть гироскоп?! А Вы думали он просто так автоматически поворачивает экран при изменении положения телефона в пространстве? Как бы не так. За это отвечает встроенный гироскоп — специальное устройство, которое способно реагировать на изменение углов ориентации аппарата в пространстве относительно инерциальной системы отсчета. Гироскопы уже достаточно давно применяются в различных сферах — авиация, судоходство, космонавтика. В последнее время из-за удешевления их стали использовать в разной бытовой технике и даже в игрушках.

История создания гироскопа

Принято считать, что создатель гироскопа — немецкий математик и астроном Иоанн Боненбергер. В 1817 году он опубликовал описание своего изобретения, согласно которому гироскопа Боненбергера представлял собой вращающийся массивный шар на карданном подвесе.

Немного позже, в 1832 году американец Уолтер Р. Джонсон представил свою версию гироскопа — уже с вращающимся диском. Впервые как прибор, он был использован в 1852 году французским учёным Фуко для отображения изменения направления в пространстве. Надо отметить, что именно Фуко и назвал прибор «гироскоп». А вот в промышленности он впервые был использовал в 1880 году и использовался для стабилизации курса торпеды.

Кстати, самый простой пример бытового гироскопа — это обычный волчок. И хотя между ними нельзя поставить знак равенства, и гироскоп, и волчок — это физические тела, способные быстро вращаться вокруг своей оси симметрии и имеющие неподвижную точку. Они оба обладают способностью устойчиво сохранять при вращении направление своей оси в пространстве.

Для чего нужен гироскоп в телефоне?

Как я уже сказал ранее, в настоящее время гироскоп применяется достаточно широко. В том числе и в мобильных гаджетах — телефонах и планшетах.

Началось всё с мобильных игр, которые благодаря использованию гироскопа становятся значительно интересней и увлекательнее. Затем производители стали добавляться разные функции, которые активировались с помощью поворота или встряхивания. Например, подняв телефон, можно вывести его из ждущего режима, а встряхиванием — ответить на звонок.

Сейчас практически невозможно найти современный смартфон или планшет на ОС Android или iOS, который не имеет встроенного гироскопа. Благодаря ему работает автоматический поворот изображения на экране.

Чем отличается гироскопа от акселерометра

Многие современные мобильные девайсы имеют не только встроенный гироскоп, но ещё и акселерометр. Некоторые люди почему-то путают эти два устройства, хотя их принципы работы достаточно сильно отличаются. Один определяет угол своего наклона. Другой — высчитывает собственное ускорение. Акселерометр сейчас активно применяют в фитнес-браслетах для подсчёта пройденного расстояния.

И да, оба устройства используют в качестве точки отсчёта поверхность земли. Но вот заменить одним другое — нельзя. Потому, на практике, в телефоне могут использоваться сразу два устройства — и гироскоп, и акселерометр, которые достаточно удачно дополняют друг друга.

акселерометр, гироскоп, телефон

Устройство прибора

Строение гирокомпаса достаточно сложно, поэтому здесь рассмотрим лишь его основные компоненты. Например, армейский гирокомпас состоит из:

  • Гироскопической системы маятникового типа. Собственно, это и есть гироскоп со смещенным центром тяжести.
  • Угломерной части. Она предназначена для отсчетов, снятия показаний и измерения горизонтальных углов.
  • Штатива. Он служит ля установки компаса на местности.
  • Блока управления. Этот блок служит для переключения между режимами гирокомпаса.
  • Блока питания. Электропитание позволяет разогнать гироскоп и служит для функционального контроля во время работы.

Строение других гирокомпасов может частично отличаться от строения армейского варианта, но неотъемлемой частью абсолютно любого из вариантов является гироскопическая система. Из-за массивности и больших размеров её вся конструкция компаса оказывается очень большой, и потому применять его в качестве «карманного» средства навигации не получается.

https://youtube.com/watch?v=iYzuZ4qi5Zc

Гироскопические устройства

мож­но раз­де­лить на си­ло­вые и из­ме­ри­тель­ные. Си­ло­вые уст­рой­ст­ва слу­жат для соз­да­ния мо­мен­тов сил, при­ло­жен­ных к ос­но­ва­нию, на ко­то­ром ус­та­нов­лен ги­ро­ско­пич. при­бор; из­ме­ри­тель­ные пред­на­зна­че­ны для оп­ре­де­ле­ния па­ра­мет­ров дви­же­ния ос­но­ва­ния (из­ме­ряе­мы­ми па­ра­мет­ра­ми мо­гут быть уг­лы по­во­ро­та ос­но­ва­ния, про­ек­ции век­то­ра уг­ло­вой ско­ро­сти и т. п.).

Рис. 3. Авиационный гироуказатель курса с воздушным приводом: 1 – основание; 2 – зубчатое колесо синхронизатора; 3 – ручка арретира; 4 – арретир; 5 – шкала азимута; 6 &nd…

Впер­вые урав­но­ве­шен­ный Г. на­шёл прак­тич. при­ме­не­ние в 1898 в при­бо­ре для ста­би­ли­за­ции кур­са тор­пе­ды, изо­бре­тён­ном австр. ин­же­не­ром Л. Об­ри. Ана­ло­гич­ные при­бо­ры в разл. ва­ри­ан­тах ис­пол­не­ния на­ча­ли ис­поль­зо­вать в 1920-х гг. на са­мо­лё­тах для ука­за­ния кур­са (Г. на­прав­ле­ния, ги­ро­по­лу­ком­па­сы), а позд­нее для управ­ле­ния дви­же­ни­ем ра­кет. На рис. 3 по­ка­зан при­мер при­ме­не­ния ги­ро­ско­па с тре­мя сте­пе­ня­ми сво­бо­ды в ави­ац. ука­за­те­ле кур­са (ги­ро­по­лу­ком­па­се). Вра­ще­ние ро­то­ра в ша­ри­ко­под­шип­ни­ках соз­да­ёт­ся и под­дер­жи­ва­ет­ся стру­ёй сжа­то­го воз­ду­ха, на­прав­лен­ной на риф­лё­ную по­верх­ность обо­да. По шка­ле ази­му­та, при­кре­п­лён­ной к на­руж­ной рам­ке, мож­но, ус­та­но­вив ось собств. вра­ще­ния ро­то­ра па­рал­лель­но плос­ко­сти ос­но­ва­ния при­бо­ра, вве­сти тре­буе­мое зна­че­ние ази­му­та. Тре­ние в под­шип­ни­ках не­зна­чи­тель­но, по­это­му ось вра­ще­ния ро­то­ра со­хра­ня­ет за­дан­ное по­ло­же­ние в про­стран­ст­ве. Поль­зу­ясь стрел­кой, скре­п­лён­ной с ос­но­ва­ни­ем, по шка­ле ази­му­та мож­но кон­тро­ли­ро­вать по­во­рот са­мо­лё­та.

Ги­ро­го­ри­зонт, или ис­кусств. го­ри­зонт, по­зво­ляю­щий пи­ло­ту под­дер­жи­вать свой са­мо­лёт в го­ри­зон­таль­ном по­ло­же­нии, ко­гда ес­теств. го­ри­зонт не ви­ден, ос­но­ван на ис­поль­зо­ва­нии Г. с вер­ти­каль­ной осью вра­ще­ния, со­хра­няю­щей своё на­прав­ле­ние при на­кло­нах са­мо­лё­та. В ав­то­пи­ло­тах при­ме­ня­ют­ся два Г. с го­ри­зон­таль­ной и вер­ти­каль­ной ося­ми вра­ще­ния; пер­вый слу­жит для со­хра­не­ния кур­са са­мо­лё­та и управ­ля­ет вер­ти­каль­ны­ми ру­ля­ми, вто­рой – для со­хра­не­ния го­ри­зон­таль­но­го по­ло­же­ния са­мо­лё­та и управ­ля­ет го­ри­зон­таль­ны­ми ру­ля­ми.

С по­мо­щью Г. соз­да­ны ав­то­ном­ные инер­ци­аль­ные на­ви­га­ци­он­ные сис­те­мы (ИНС), пред­на­зна­чен­ные для оп­ре­де­ле­ния ко­ор­ди­нат, ско­ро­сти и ори­ен­та­ции под­виж­но­го объ­ек­та (ко­раб­ля, са­мо­лёта, кос­мич. ап­па­ра­та и т. п.) без ис­поль­зо­ва­ния к.-л. внеш­ней ин­фор­ма­ции. В со­став ИНС кро­ме Г. вхо­дят ак­се­ле­ро­мет­ры, пред­на­зна­чен­ные для из­ме­ре­ния ус­ко­ре­ния (пе­ре­груз­ки) объ­ек­та, а так­же ком­пь­ю­тер, ин­тег­ри­рую­щий по вре­ме­ни вы­ход­ные сиг­на­лы ак­се­ле­ро­мет­ров и вы­даю­щий на­ви­га­ци­он­ную ин­фор­ма­цию с учё­том по­ка­за­ния Г. К нач. 21 в. соз­да­ны на­столь­ко точ­ные ИНС, что даль­ней­ше­го по­вы­ше­ния точ­но­стей для ре­ше­ния мн. за­дач уже не тре­бу­ет­ся.

Раз­ви­тие ги­ро­ско­пич. тех­ни­ки по­след­них де­ся­ти­ле­тий со­сре­до­то­чи­лось на по­ис­ке не­тра­диц. об­лас­тей при­ме­не­ния ги­ро­ско­пич. при­бо­ров – раз­вед­ка по­лез­ных ис­ко­пае­мых, пред­ска­за­ние зем­ле­тря­се­ний, сверх­точ­ное из­ме­ре­ние ко­ор­ди­нат ж.-д. пу­тей и неф­те­про­во­дов, мед. тех­ни­ка и мн. дру­гое.

История

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

До изобретения гироскопа человечество использовало различные методы определения направления в пространстве. Издавна люди ориентировались 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 положении звёзд.

Гироскоп изобрёл Иоанн Боненбергер и опубликовал описание своего изобретения в 1817 году. Однако французский математик Пуассон ещё в 1813 году упоминает Боненбергера как изобретателя этого устройства. Главной частью гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе. В 1832 году американец Уолтер Р. Джонсон придумал гироскоп с вращающимся диском. Французский учёный Лаплас рекомендовал это устройство в учебных целях. 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. Именно Фуко придумал название «гироскоп». Фуко, как и Боненбергер, использовал карданов подвес. Не позже 1853 года Фессель изобрёл другой вариант подвески гироскопа.

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

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

Как включить и отключить гироскоп

При разборе вопроса о том, что значит гироскоп, стоит также упомянуть как включить и отключить гироскоп. Вообще, de facto, данный датчик работает практически всегда, мы лишь может включать и выключать различные функции, в которых он задействован (к примеру, переворот экрана нашего устройства).

К примеру, чтобы задействовать упомянутый переворот экрана, следует перейти в настройки вашего мобильного устройства, в них тапнуть на «Экран», а в настройках экрана задействовать функцию «Автоповорот экрана».

Соответственно, для выключения данной функции нужно её деактивировать таким же способом.

Включаем и отключаем гироскоп в телефоне

Использование

Схема подключения проводов:

На датчике На контроллере (I2C)
VCC 5V
GND GND
SCL SCL
SDA SDA

Программирование

Блок, необходимые для работы с датчиком, расположены в группе блоков «Датчики» и называется «Положение»

При работе с датчиком положения из текстовой среды необходимо вручную подключать соответствующую библиотеку и вызывать функцию калиброки в секции :

#include <accel_gyro.h> //подключение библиотеки
 
void setup()
{
  setupAccel();//калибровка. Датчик должен неподвижно располагаться на горизонтальной поверхности.
}
 
void loop()
{
  //ваш код
}

При использовании графического блока эти функции генерируются автоматически.

Блок и генерируемая им функция Описание
float readAccelAngle(char axis, int mode)

Режимы работы

Так как датчик совмещает в себе два устройства (гироскоп и акселерометр), то и выдавать показания он может основаваясь на каждом из них (режимы «только акселерометр» и «только гироскоп»), либо комбинируя эти показания для усреднения и стабилизации (режим «усредненный»)

Режим «Только акселерометр»: углы измеряются только акселерометром на основании измерения вектора силы тяжести.

Плюсы: нет накапливающейся во времени погрешности

Минусы: показания крайне нестабильны, чувствительны к вибрации и боковым ускорениям

Так как основываясь на информации о положении вектора силы тяжести невозможно определить вращение вокруг вертикальной оси Z, при попытке получить показания по оси Z в режиме «только акселерометр» вы всегда будете получать «0».
Определение вращения вокруг Z возможно только в режимах «только гироскоп» и «усредненный»

Режим «Только гироскоп»: углы измеряются гироскопом путем измерения угловых скоростей и интегрирования их по времени.

Плюсы: показания стабильны и мало подвержены влиянию случайных ускорений и вибрации

Минусы: ошибка накапливается во времени. Показания зависят от временных промежутков между измерениями. Чем чаще производятся измерения, тем точнее результат.

Режим «Усредненный» (рекомендуется в большинстве случаев): показания обоих датчиков программно комбинируются, взаимно устраняя недостатки друг друга. Показания акселерометра, ошибка в которых не накапливается во времени, «фильтруются» показаниями гироскопа, таким образом скачки в показаниях при случайных ускорениях и вибрации игнорируются.

Плюсы: показания стабильны и мало подвержены влиянию случайных ускорений и вибрации.

Минусы: по оси Z все равно накапливается ошибка, так как для нее используется только гироскоп.

Оцените статью:
Оставить комментарий
Adblock
detector