Het werkingsprincipe van een gyroscoop in een telefoon. Gyroscopen met standaard bedrijfsmodus

Gyroscopen zijn ontworpen om de hoekbewegingen van modellen rond een van de assen te dempen, of om hun hoekbeweging te stabiliseren. Ze worden voornamelijk gebruikt op vliegmodellen in gevallen waarin het nodig is om de stabiliteit van het gedrag van het apparaat te vergroten of om dit kunstmatig te creëren. De grootste toepassing (ongeveer 90%) van gyroscopen wordt gevonden in conventionele helikopters voor stabilisatie ten opzichte van de verticale as door de spoed van de staartrotor te regelen. Dit komt door het feit dat de helikopter geen intrinsieke stabiliteit heeft langs de verticale as. In vliegtuigen kan een gyroscoop het rollen, de koers en de stamping stabiliseren. De koers wordt voornamelijk gestabiliseerd op turbojetmodellen om veilig opstijgen en landen te garanderen - er zijn hoge snelheden en startafstanden, en de landingsbaan is meestal smal. De toonhoogte is gestabiliseerd op modellen met een lage, nul- of negatieve longitudinale stabiliteit (met uitlijning aan de achterkant), wat hun manoeuvreerbaarheid vergroot. Het is handig om de rol te stabiliseren, zelfs op trainingsmodellen.

Op sportvliegtuigen en zweefvliegtuigen zijn gyroscopen verboden volgens de FAI-vereisten.

De gyroscoop bestaat uit een hoeksnelheidssensor en een controller. In de regel worden ze structureel gecombineerd, hoewel ze op verouderde en "coole" moderne gyroscopen in verschillende behuizingen worden geplaatst.

Op basis van het ontwerp van rotatiesensoren kunnen gyroscopen worden onderverdeeld in twee hoofdklassen: mechanisch en piëzo. Om precies te zijn, er is nu niets bijzonders om in te verdelen, omdat mechanische gyroscopen volledig uit productie zijn omdat ze verouderd zijn. Niettemin zullen we ook hun werkingsprincipe beschrijven, al was het maar ter wille van de historische rechtvaardigheid.

De basis van een mechanische gyroscoop bestaat uit zware schijven die op de as van een elektromotor zijn gemonteerd. De motor heeft op zijn beurt één vrijheidsgraad, d.w.z. kan vrij rond een as loodrecht op de motoras draaien.

Zware schijven die door de motor worden rondgedraaid, hebben een gyroscopisch effect. Wanneer het hele systeem begint te draaien rond een as loodrecht op de andere twee, wijkt de motor met de schijven onder een bepaalde hoek af. De grootte van deze hoek is evenredig met de rotatiesnelheid (degenen die geïnteresseerd zijn in de krachten die in gyroscopen optreden, kunnen meer lezen over Coriolis-versnelling in de gespecialiseerde literatuur). De motorafwijking wordt gedetecteerd door een sensor, waarvan het signaal naar de elektronische gegevensverwerkingseenheid wordt gestuurd.

De ontwikkeling van moderne technologieën heeft het mogelijk gemaakt om meer geavanceerde hoeksnelheidssensoren te ontwikkelen. Als resultaat verschenen er piëzogyroscopen, die nu de mechanische volledig hebben vervangen. Natuurlijk gebruiken ze nog steeds het Coriolis-versnellingseffect, maar de sensoren zijn solid state, wat betekent dat er geen roterende delen zijn. De meest voorkomende sensoren maken gebruik van trilplaten. Zo'n plaat roteert rond een as en begint af te wijken in een vlak dwars op het trillingsvlak. Deze afwijking wordt gemeten en naar de uitgang van de sensor gestuurd, vanwaar deze door een extern circuit wordt verwijderd voor verdere verwerking. De bekendste fabrikanten van dergelijke sensoren zijn Murata en Tokin.

Een voorbeeld van een typisch ontwerp van een piëzo-elektrische hoeksnelheidssensor wordt gegeven in de volgende afbeelding.

Sensoren van dit ontwerp hebben het nadeel van een grote temperatuurdrift van het signaal (dat wil zeggen dat wanneer de temperatuur verandert, er een signaal kan verschijnen aan de uitgang van een piëzo-elektrische sensor die zich in een stationaire toestand bevindt). De voordelen die we in ruil daarvoor ontvangen, wegen echter ruimschoots op tegen dit ongemak. Piëzogyros verbruiken veel minder stroom in vergelijking met mechanische, zijn bestand tegen grote overbelastingen (minder gevoelig voor ongelukken) en zorgen ervoor dat ze nauwkeuriger kunnen reageren op modelbochten. Wat het bestrijden van drift betreft: goedkope modellen van piëzogyroscopen hebben eenvoudigweg een “nul”-instelling, terwijl duurdere modellen een automatische “nul”-instelling hebben door een microprocessor wanneer de stroom wordt ingeschakeld, en driftcompensatie met temperatuursensoren.

Het leven staat echter niet stil, en nu bevat de nieuwe lijn gyroscopen van Futaba (Gyxxx Family met het "AVCS" -systeem) al sensoren van Silicon Sensing Systems, die qua kenmerken zeer gunstig verschillen van Murata- en Tokin-producten. De nieuwe sensoren hebben een lagere temperatuurdrift, lagere geluidsniveaus, een zeer hoge trillingsimmuniteit en een groter bedrijfstemperatuurbereik. Dit wordt bereikt door het ontwerp van het sensorelement te veranderen. Het is gemaakt in de vorm van een ring die in buigtrillingsmodus werkt. De ring is gemaakt met behulp van fotolithografie, zoals een microschakeling. Daarom wordt de sensor SMM (Silicon Micro Machine) genoemd. We zullen niet ingaan op technische details; nieuwsgierigen kunnen alles hier vinden: http://www.spp.co.jp/sssj/comp-e.html. Hier zijn slechts een paar foto's van de sensor zelf, de sensor zonder de bovenklep en een fragment van het piëzo-elektrische ringelement.

Typische gyroscopen en algoritmen voor hun werking

De bekendste fabrikanten van gyroscopen van vandaag zijn Futaba, JR-Graupner, Ikarus, CSM, Robbe, Hobbico, enz.

Laten we nu eens kijken naar de bedrijfsmodi die worden gebruikt in de meeste gefabriceerde gyroscopen (we zullen eventuele ongebruikelijke gevallen later afzonderlijk bekijken).

Gyroscopen met standaard bedrijfsmodus

In deze modus dempt de gyroscoop de hoekbewegingen van het model. We hebben deze modus geërfd van mechanische gyroscopen. De eerste piëzogyroscopen verschilden vooral van de mechanische door hun sensor. Het werkalgoritme bleef ongewijzigd. De essentie komt op het volgende neer: de gyroscoop meet de rotatiesnelheid en corrigeert het signaal van de zender om de rotatie zoveel mogelijk te vertragen. Hieronder vindt u een verklarend blokdiagram.

Zoals uit de figuur blijkt, probeert de gyroscoop elke rotatie te onderdrukken, inclusief de rotatie veroorzaakt door het signaal van de zender. Om een ​​dergelijk neveneffect te voorkomen, is het raadzaam om extra mixers op de zender te gebruiken, zodat wanneer de bedieningsknop van het midden wordt afgeweken, de gevoeligheid van de gyroscoop geleidelijk afneemt. Een dergelijke menging is mogelijk al geïmplementeerd in de controllers van moderne gyroscopen (om te verduidelijken of het bestaat of niet, kijk naar de kenmerken van het apparaat en de handleiding).

Gevoeligheidsaanpassing wordt op verschillende manieren geïmplementeerd:

1. Er is geen aanpassing op afstand. De gevoeligheid wordt op de grond ingesteld (door een regelaar op het lichaam van de gyroscoop) en verandert niet tijdens de vlucht.
2. Discrete aanpassing (gyro met dubbele tarieven). Op de grond worden twee gyroscoopgevoeligheidswaarden ingesteld (door twee regelaars). In de lucht kunt u via het bedieningskanaal de gewenste gevoeligheidswaarde selecteren.
3. Vlotte aanpassing. De gyroscoop stelt de gevoeligheid in evenredig aan het signaal in het stuurkanaal.

Momenteel hebben bijna alle moderne piëzogyroscopen een soepele gevoeligheidsaanpassing (en mechanische gyroscopen kun je gerust vergeten). De enige uitzonderingen zijn de basismodellen van sommige fabrikanten, waarbij de gevoeligheid wordt ingesteld door een regelaar op het lichaam van de gyroscoop. Discrete aanpassing is alleen nodig bij primitieve zenders (waar er geen extra proportioneel kanaal is of waar de pulsduur in een discreet kanaal niet kan worden ingesteld). In dit geval kan een kleine extra module in het gyroscoopbesturingskanaal worden opgenomen, die gespecificeerde gevoeligheidswaarden zal produceren, afhankelijk van de positie van de tuimelschakelaar van het discrete zenderkanaal.

Als we het hebben over de voordelen van gyroscopen die alleen de "standaard" bedrijfsmodus implementeren, kunnen we het volgende opmerken:

• Dergelijke gyroscopen hebben een vrij lage prijs (vanwege het gemak van implementatie)
• Wanneer geïnstalleerd op de staartboom van een helikopter, is het voor beginners gemakkelijker om in een cirkel te vliegen, omdat de giek niet nauwlettend in de gaten hoeft te worden gehouden (de giek zelf draait terwijl de helikopter beweegt).

Gebreken:

• In goedkope gyroscopen wordt thermische compensatie niet goed genoeg uitgevoerd. Het is noodzakelijk om handmatig de “nul” in te stellen, die kan verschuiven als de luchttemperatuur verandert.
• Het is noodzakelijk om aanvullende maatregelen toe te passen om het effect van onderdrukking van het stuursignaal door de gyroscoop te elimineren (extra menging in het gevoeligheidsregelkanaal of verhoging van de stroomsnelheid van het stuurhuis).

Hier zijn redelijk bekende voorbeelden van het beschreven type gyroscopen:

Bij het kiezen van een stuurinrichting die wordt aangesloten op een gyroscoop, moet de voorkeur worden gegeven aan snellere opties. Hierdoor kunt u een grotere gevoeligheid bereiken, zonder het risico dat er mechanische zelfoscillaties in het systeem optreden (wanneer de stuurwielen zelf door overregulering heen en weer beginnen te bewegen).

Gyroscopen met directionele hold-modus

In deze modus wordt de hoekpositie van het model gestabiliseerd. Eerst een beetje historische achtergrond. Het eerste bedrijf dat gyroscopen met deze modus maakte, was CSM. Ze noemde de modus Heading Hold. Sinds de naam gepatenteerd was, begonnen andere bedrijven hun eigen naam te bedenken (en te patenteren). Dit is hoe de merken “3D”, “AVSC” (Angular Vector Control System) en anderen ontstonden. Een dergelijke diversiteit kan een beginner in lichte verwarring brengen, maar in feite zijn er geen fundamentele verschillen in de werking van dergelijke gyroscopen.

En nog een opmerking. Alle gyroscopen met Heading Hold-modus ondersteunen ook het gebruikelijke bedieningsalgoritme. Afhankelijk van de manoeuvre die wordt uitgevoerd, kunt u de gyroscoopmodus selecteren die het meest geschikt is.

Dus over het nieuwe regime. Daarin onderdrukt de gyroscoop de rotatie niet, maar maakt deze evenredig met het signaal van de zenderhandgreep. Het verschil is duidelijk. Het model begint precies met de vereiste snelheid te draaien, ongeacht de wind en andere factoren.

Bekijk het blokschema. Hieruit blijkt dat uit het stuurkanaal en het signaal van de sensor een verschilfoutsignaal wordt verkregen (na de opteller), dat naar de integrator wordt gevoerd. De integrator verandert het uitgangssignaal totdat het foutsignaal gelijk is aan nul. Via het gevoeligheidskanaal wordt de integratieconstante, dat wil zeggen de snelheid van de stuurmachine, geregeld. Natuurlijk zijn de bovenstaande verklaringen zeer bij benadering en bevatten ze een aantal onnauwkeurigheden, maar we gaan geen gyroscopen maken, maar ze gebruiken. Daarom zouden we veel meer geïnteresseerd moeten zijn in de praktische kenmerken van het gebruik van dergelijke apparaten.

De voordelen van de Heading Hold-modus liggen voor de hand, maar ik zou vooral de voordelen willen benadrukken die optreden bij het installeren van een dergelijke gyroscoop op een helikopter (om de staartboom te stabiliseren):

• op een helikopter kan een beginnende piloot in de zweefmodus de staartrotor praktisch niet besturen
• het is niet nodig om de spoed van de staartrotor met gas te mengen, wat de voorbereiding vóór de vlucht enigszins vereenvoudigt
• Het trimmen van de staartrotor kan worden gedaan zonder het model van de grond te tillen
• Het wordt mogelijk om manoeuvres uit te voeren die voorheen moeilijk waren (bijvoorbeeld eerst met de staart vliegen).

Voor vliegtuigen kan het gebruik van deze modus ook gerechtvaardigd zijn, vooral bij sommige complexe 3D-vormen zoals "Torque Roll".

Er moet echter worden opgemerkt dat elke bedieningsmodus zijn eigen kenmerken heeft, dus het overal gebruiken van Heading Hold is geen wondermiddel. Tijdens normaal helikoptervliegen, vooral door beginners, kan het gebruik van de Heading Hold-functie leiden tot verlies van controle. Als u bijvoorbeeld bij het maken van bochten de staartboom niet onder controle heeft, zal de helikopter kapseizen.

Voorbeelden van gyroscopen die de Heading Hold-modus ondersteunen zijn de volgende modellen:

Schakelen tussen de standaardmodus en Heading Hold gebeurt via het gevoeligheidsaanpassingskanaal. Als u de duur van de stuurpuls in de ene richting verandert (vanaf het middelpunt), werkt de gyroscoop in de Heading Hold-modus, en als u de andere richting op gaat, schakelt de gyroscoop over naar de standaardmodus. Het middelpunt is wanneer de kanaalpulsduur ongeveer 1500 μs is; dat wil zeggen, als we de stuurinrichting op dit kanaal zouden aansluiten, zou deze in de middelste stand staan.

Afzonderlijk is het de moeite waard om het onderwerp van de gebruikte stuurinrichtingen aan te raken. Om het maximale effect van Heading Hold te bereiken, moet u stuurinrichtingen installeren met een hogere bedrijfssnelheid en een zeer hoge betrouwbaarheid. Wanneer de gevoeligheid toeneemt (als de werksnelheid van de machine dit toelaat), begint de gyroscoop het servomechanisme zeer scherp te verschuiven, zelfs met een klop. Daarom moet de machine een serieuze veiligheidsmarge hebben om lang mee te gaan en niet uit te vallen. De voorkeur moet worden gegeven aan zogenaamde “digitale” machines. Er worden zelfs gespecialiseerde digitale servo's ontwikkeld voor de modernste gyroscopen (bijvoorbeeld Futaba S9251 voor de GY601-gyroscoop). Houd er rekening mee dat op de grond, als gevolg van het gebrek aan feedback van de botsingssensor, de gyroscoop de stuurmachine zeker in zijn uiterste positie zal brengen als er geen aanvullende maatregelen worden genomen, waar deze maximale belasting zal ervaren. Als de gyroscoop en de stuurmotor dus geen ingebouwde rijbeperkende functies hebben, moet de stuurmotor zware belastingen kunnen weerstaan ​​om niet uit te vallen terwijl hij nog op de grond staat.

Gespecialiseerde vliegtuiggyros

Voor gebruik in vliegtuigen om de rol te stabiliseren, werden gespecialiseerde gyroscopen geproduceerd. Ze verschillen van gewone doordat ze nog een extern commandokanaal hebben.

Wanneer elk rolroer door een aparte servo wordt aangestuurd, maken vliegtuigen met computerapparatuur gebruik van de flaperon-functie. Het mixen vindt plaats op de zender. De vliegtuiggyrocontroller op het model detecteert echter automatisch de in-faseafwijking van beide rolroerkanalen en interfereert hier niet mee. En de anti-faseafwijking wordt gebruikt in de rolstabilisatielus - deze bevat twee optellers en één hoeksnelheidssensor. Er zijn geen andere verschillen. Als de rolroeren worden bestuurd door een enkele servo, is een gespecialiseerde vliegtuiggyroscoop niet nodig; een gewone gyroscoop is voldoende. Vliegtuiggyroscopen worden gemaakt door Hobbico, Futaba en anderen.

Wat het gebruik van gyroscopen in een vliegtuig betreft, moet worden opgemerkt dat de Heading Hold-modus niet kan worden gebruikt tijdens het opstijgen en landen. Om precies te zijn: op het moment dat het vliegtuig de grond raakt. Dit komt omdat het vliegtuig, wanneer het op de grond staat, niet kan kantelen of draaien, waardoor de gyroscoop de roeren naar een extreme positie zal duwen. En wanneer het vliegtuig van de grond opstijgt (of onmiddellijk na de landing), wanneer het model een hoge snelheid heeft, kan een sterke afbuiging van de roeren een wrede grap zijn. Daarom wordt het ten zeerste aanbevolen om de gyro in vliegtuigen in de standaardmodus te gebruiken.

In vliegtuigen is de effectiviteit van roeren en rolroeren evenredig met het kwadraat van de vliegsnelheid van het vliegtuig. Met een breed snelheidsbereik, typisch voor complexe kunstvluchten, is het noodzakelijk om deze verandering te compenseren door de gevoeligheid van de gyroscoop aan te passen. Anders gaat het systeem in de zelfoscillerende modus wanneer het vliegtuig accelereert. Als je het efficiëntieniveau van de gyroscoop onmiddellijk op een laag niveau zet, zal dit bij lage snelheden, wanneer dit vooral nodig is, niet het gewenste effect hebben. Op echte vliegtuigen gebeurt deze regeling automatisch. Mogelijk zal dit binnenkort ook bij modellen het geval zijn. In sommige gevallen is het nuttig om over te schakelen naar een zelf-oscillerende besturingsmodus - bij zeer lage vliegsnelheden van vliegtuigen. Veel mensen hebben waarschijnlijk gezien hoe de Berkut S-37 op MAKS-2001 een "Harrier" -figuur liet zien. Het voorste horizontale staartoppervlak werkte in zelfoscillerende modus. De gyroscoop in het rolkanaal maakt het mogelijk om het vliegtuig ‘niet op de vleugel te laten afslaan’. Meer details over de werking van de gyroscoop in de pitchstabilisatiemodus van vliegtuigen zijn te lezen in de beroemde monografie van I.V.

Conclusie

De afgelopen jaren zijn er veel goedkope modellen miniatuurgyroscopen verschenen, waardoor ze hun toepassingsgebied konden uitbreiden. Installatiegemak en lage prijzen rechtvaardigen het gebruik van gyroscopen, zelfs op trainings- en radiogevechtsmodellen. De duurzaamheid van piëzo-elektrische gyroscopen is zodanig dat bij een ongeval de ontvanger of servo waarschijnlijker beschadigd raakt dan de gyroscoop.

Iedereen beslist voor zichzelf of het raadzaam is om vliegmodellen te verzadigen met moderne luchtvaartelektronica. Naar onze mening zullen gyroscopen uiteindelijk in de sportklassen van vliegtuigen, althans op kopieën, worden toegestaan. Anders is het vanwege de verschillende Reynolds-nummers onmogelijk om een ​​realistische vlucht te garanderen van een kleiner exemplaar dat lijkt op het origineel. Op hobbyvaartuigen kunt u door het gebruik van kunstmatige stabilisatie het bereik van de vliegweersomstandigheden uitbreiden en bij dergelijke wind vliegen wanneer handmatige bediening alleen het model niet kan vasthouden.

Het woord "gyroscoop" werd voor het eerst gebruikt door een Franse natuurkundige. Léon Foucault, zo noemde hij zijn apparaat, waarmee hij de dagelijkse dingen observeerde Rotatie van de aarde. Moderne gyroscopen worden niet alleen gebruikt om de rotatie van het lichaam te bepalen. Hun belangrijkste doel vandaag is het bepalen van de afbuigingshoek van het lichaam ten opzichte van verschillende vlakken. Door de combinatie van een gyroscoop en een versnellingsmeter kunt u bewegingen in de driedimensionale ruimte volgen en vastleggen.

De eerste smartphone uitgerust met een gyroscoop was de iPhone 4 van Apple, waarna de aanwezigheid ervan bijna een verplichte vereiste werd voor elke telefoon. Het gebruik van een gyroscoop in de iPhone heeft er een smartphone van gemaakt met geheel nieuwe en interessante mogelijkheden. Beantwoord bijvoorbeeld een inkomende telefoongesprek iPhone-bezitters kunnen door pagina's en afbeeldingen van een e-book bladeren, van muziek wisselen en pauzeren door simpelweg hun smartphone te schudden.

In mobiele telefoons zijn een gyroscoop en een versnellingsmeter samen aanwezig, wat de gevoeligheid van de gadget voor kantelen, draaien en andere kleine bewegingen aanzienlijk vergroot. Deze apparaatreactie kan in de aanwezigheid van bepaalde software optreden beschermen smartphone tegen schade door vallen en stoten. In moderne mobiele telefoons worden gyroscopen met een versnellingsmeter echter niet alleen gebruikt voor bescherming; hun belangrijkste taak is het verbeteren van de kwaliteit van games. Met de komst van deze sensoren werd de behoefte aan virtuele joysticks geëlimineerd en verscheen in plaats daarvan een opnameknop.

Richt nu het pistool, bestuur de auto en draai stuur helikopter tijdens games kan worden gedaan door simpelweg de positie van de smartphone in de ruimte te veranderen - door naar links en rechts te kantelen, van je af en naar je toe, maar ook door horizontaal en verticaal te bewegen, zonder de kanteling van het lichaam te veranderen.

De gyroscoop houdt ook rekening met de bewegingssnelheid. Dankzij dit kun je in games niet alleen de rotatie van het apparaat regelen, maar ook de rotatiesnelheid controle smartphone nauwkeuriger, handiger en leuker. Zoals je kunt zien, zijn de functies van de gyroscoop en de versnellingsmeter ongeveer hetzelfde; beide bepalen de afbuighoek en versnelling van het lichaam. Maar het principe van hun werking is compleet anders: de gyroscoop registreert de positie van het lichaam in de ruimte ten opzichte van zijn eigen "zwaartekracht" gecreëerd door een snel roterende massa, en de versnellingsmeter maakt gebruik van de zwaartekrachtversnelling van de planeet. Daarom in gewichtloosheid De versnellingsmeter kan niet werken.

Tegenwoordig zijn er veel toepassingen ontwikkeld voor gyroscopen; bovendien is er een speciale voor deze sensor genaamd CoveFlow. Een groot aantal van toepassingen op iPhone-smartphones. Wanneer u bijvoorbeeld een rekenmachine in staande positie gebruikt, zijn alleen optellen, aftrekken, vermenigvuldigen en delen beschikbaar, maar wanneer u de smartphone 90 graden draait, wordt de engineeringmodus geactiveerd, waarin u niet alleen eenvoudige wiskundige bewerkingen kunt uitvoeren, maar ook complexe.

Gyroscoopfuncties kan ook worden gebruikt om de locatie op de grond te bepalen. Op mobiele apparaten die zijn uitgerust met een gyroscoop is het erg leuk om daarmee de bewegingsrichting te bepalen GPS navigatie- de kaart draait altijd in de richting van jou zicht. Als u bijvoorbeeld tegenover een nederzetting staat, wordt dit op de kaart weergegeven; als u zich omdraait, verandert de positie van de kaart ook.


De gyroscoop wordt niet alleen actief gebruikt in mobiele apparaten, maar ook in de luchtvaart, ruimtevaart en scheepvaart navigatie apparaat. Het belangrijkste element van zo'n gyroscoop is een snel roterende rotor, zo bevestigd dat de rotatieas ervan roteert. Door deze positie kan de gyroscoop de rotatiehoek van de basis bepalen - een vliegtuig, raket of schip, waarvan de piloten niet langer hoeven te navigeren op basis van geschatte magnetische metingen kompas. Ze ontvangen gegevens over de positie van hun vliegtuig of schip vanuit gyro-horizontaal of gyro-verticaal.

Niet alle gebruikers van mobiele apparaten vinden het echter handig om een ​​gyroscoop op hun telefoon te hebben. Sommige mensen geven er de voorkeur aan om het gewoon uit te schakelen. Dit komt door het feit dat in veel modellen smartphones en tablets programma's met een kleine vertraging reageren op positieveranderingen in de ruimte. Als u bijvoorbeeld foto's op uw smartphone bekijkt terwijl u op de bank ligt, verandert de paginarichting elke keer dat u zich omdraait of van positie verandert. U zult het ermee eens zijn dat dit niet erg prettig is als u de afbeeldingen in hetzelfde formaat wilt blijven bewonderen, en enige tijd nadat u de positie hebt gewijzigd, zijn de afbeeldingsformaten anders geworden.

Veel mensen hebben gehoord over de gyroscoop in de telefoon - wat is het interessant, misschien alleen voor die gebruikers van de gadget die een onbekende naam in de technische kenmerken hebben opgemerkt. We gebruiken de functies van dit microapparaat zelfs vrij vaak. Hij kan ons helpen als we niet over het benodigde bouwgereedschap beschikken, ons indien nodig de bewegingsrichting laten zien en verschillende, zelfs complexere taken uitvoeren.

Waarvoor dient een gyroscoop in een helikopter?

Hightech apparaten worden veel gebruikt in de militair-technische uitrusting van het leger. Een gyroscoop is bijvoorbeeld een belangrijk onderdeel van het navigatiesysteem van een helikopter. Helikopters zijn uitgerust met gyroscopische apparaten op hoogwaardige lagers waardoor externe factoren de as niet kunnen beïnvloeden. Hij is dus capabel geeft het hellingsniveau van het oppervlak weer, waaraan het is bevestigd.

Wanneer de helikopter draait, drukt het apparaat op een overeenkomstige veer die zich onder de horizontale basis bevindt totdat de bemanning de machine langs de verticale as uitlijnt. Bovendien is de drukkracht op de veer recht evenredig met de hoeksnelheid van de helikopter.

Een andere belangrijke functie is de stabilisatie van de helikopter op het moment dat de staart slingert of slipt. Gyroscoop:

1. Definieert zwaaien;
2. Geeft een signaal aan de propellerbladen;
3. De messen beginnen op hun beurt te werken in de modus om te voorkomen dat de machine gaat draaien.

Zo blijft de helikopter stabiel in balans en is hij niet afhankelijk van luchtstromen of andere externe factoren.

In deze video zal natuurkundige Arkady Zhaleev het werkingsprincipe van een groot gyrokompas laten zien:

Waar wordt het apparaat nog meer gebruikt?

De gyroscoop is erg belangrijk voor de vliegtuigbouw. Het werk ervan wordt in detail bestudeerd door piloten, maar wij, gewone passagiers, begrijpen dat het vliegtuig dankzij dit apparaat precies in de lucht is georiënteerd.

Het doet het volgende:

• Bediening van de automatische piloot;
• Manoeuvreren in de lucht;
• Opstijgen en landen.

Dit alles komt door de werking van de gyroscoop.

In onderzeeërs kunt u met het apparaat bepalen:

1. Vaartuigrichting;
2. Balans of balans van het lichaam.

Dergelijke apparaten worden ook gebruikt in de ruimtevaart, waar het onmogelijk is om te navigeren op visuele en tactiele sensaties.

Het apparaat heeft een geweldige plaats in de robotica. Dankzij de functies kunnen veranderingen in de positie in de ruimte van verschillende objecten, bijvoorbeeld het hoofd of lichaam van een robot, worden gevolgd. Het is het belangrijkste en belangrijkste apparaat in een hoverboard.

De gyroscoop is dus een uiterst belangrijk item voor de hightechindustrieën, het militair-industriële complex en het dagelijks leven van elke persoon. Het maakt ons leven veel gemakkelijker en interessanter, en voor de wetenschap is het een zeer waardevol navigatieapparaat.

Gyroscoop: hoe werkt het apparaat?

Moderne gadgets zijn uitgerust met veel verschillende handige functies. Eén van deze nieuwe producten is de gyroscoop. Het werd voor het eerst gebruikt in Apple-telefoons.

Dit is een kleine chip in een smartphone, waarvan de essentie is:

1. Bij het bepalen van de locatie van een smartphone in de ruimte;
2. Hoeken berekenen horizon.

Veel telefoonfuncties zijn dus rechtstreeks afhankelijk van de gyroscoop:

• Richting en snelheid van beweging in de navigator;
• Automatische overgang van het scherm naar horizontale of verticale positie;
• Telefoongames waarbij de gyroscoop als stuur wordt gebruikt;
• Beantwoord een oproep of schakel tussen verschillende functies door de telefoon te schudden.

Het apparaat kan ook fungeren als apparaat dat bijvoorbeeld de hellingshoek van een bekend niveau meet. Dit is zowel in het dagelijks leven als in het bouwvak nodig.

Dit alles is te danken aan diezelfde ingebedde chip. Tegenwoordig zijn bijna alle telefoons uitgerust met een dergelijke sensor. U kunt dit verifiëren door de technische kenmerken van de gadget te raadplegen of een programma te installeren waarmee u alle sensoren kunt bepalen die in de telefoon zijn ingebouwd.

Het verschil tussen een gyroscoop en een versnellingsmeter

Veel mensen verwarren deze twee apparaten en noemen ze apparaten met dezelfde functionaliteit maar met verschillende namen, maar een dergelijke redenering is onjuist. Het werkingsprincipe van deze apparaten is iets anders:

1. De versnellingsmeter bepaalt de versnellingshoek ten opzichte van de grond, terwijl zijn collega de hoek van zijn positie is;
2. Versnellingsmeter heeft het vermogen om te meten duur beweging, maar de gyroscoop niet;
3. De accelerometer heeft de mogelijkheid om signalen uit te zenden wanneer een bepaalde afstand wordt overschreden;
4. De gyroscoop kan hoofdrichtingen bepalen, de versnellingsmeter niet.

Beide apparaten vullen elkaar dus perfect aan en worden vaak samen op verschillende apparaten gebruikt.

Gyroscoop apparaat

Het gyroscoopapparaat werd in de 19e eeuw uitgevonden. Zijn taak is om vaste lichamen met hoge snelheid rond een as te roteren. Het eenvoudigste en meest voor de hand liggende voorbeeld van hoe het apparaat werkt, is een eenvoudig tolspeelgoed. Wanneer we het ronddraaien, draait het rond zijn as totdat externe krachten erop beginnen in te werken.

De gyroscoop is op zijn beurt niet onderhevig aan dergelijke invloeden en blijft stabiel dankzij een veel grotere rotatiekracht dan die van een tol. U kunt het apparaat dus naar wens draaien, maar de as blijft verticaal onveranderd.

De allereerste gyroscoop was mechanisch, maar later, met de ontwikkeling van de wetenschap, werd hij laser- en optisch. In de elektromechanica worden dergelijke apparaten tegenwoordig gebruikt in de vorm van micro-elektromechanische sensoren. Zo past het in een telefoon, een complex navigatiesysteem voor schepen, vliegtuigen en helikopters.

In de moderne wereld leven mensen dus met wat men hoge snelheden noemt. Om de levenskwaliteit te vereenvoudigen en te verhogen, worden echter steeds meer apparaten die voorheen alleen voor hoogwaardige technologie werden gebruikt, in het dagelijks leven gebruikt. Een voorbeeld hiervan is de gyroscoop in de telefoon. Kapiteins van schepen en onderzeeërs, piloten en astronauten weten al lang wat dit apparaat is. In een moderne gadget verscheen zo'n apparaat relatief recent, maar heeft het zich al stevig gevestigd tussen de belangrijke en nuttige functies.

Video over het werkingsprincipe van apparaten voor oriëntatie in de ruimte

In deze video vertelt Roman Lodin je hoe een gyroscoop en een versnellingsmeter hun locatie kunnen bepalen en hoe deze twee apparaten van elkaar verschillen:

Ondanks de populariteit van deze sensor stellen veel mensen de vraag wat een gyroscoop is. Laten we proberen het uit te zoeken.

1. Gyroscoop in klassieke zin

Het apparaat dat we overwegen is in feite een blad dat rond een verticale as draait. Het zit vast in een frame dat rond een andere as draait. Deze andere as zit ook vast in het frame, dat rond de derde as draait.

Hierdoor zal het, ongeacht hoe de bovenkant draait, altijd een verticale positie in de ruimte hebben.

Het werkingsprincipe van de gyroscoop is ook te zien in figuur 1. Hieruit kun je vooral begrijpen dat het klassieke apparaat trilgewichten heeft. En de frequentie van hun trilling is gelijk aan de snelheid vermenigvuldigd met de beweging.

Dankzij een fenomeen als Cariolis-versnelling kan het, ondanks de rotatie van het lichaam, zijn positie ten opzichte van het rotatievlak behouden. Uiteraard gebeurt dit alleen tijdens rotatie.

Eigenlijk is het werkingsprincipe van de gyroscoop die de meesten van ons in onze smartphones hebben gebaseerd op deze eenvoudige eigenschap van roterende lichamen.

Ontwikkelaars hebben geleerd de gyroscoop veel eenvoudiger en kleiner te maken. Hierdoor konden ze het in een klein bord passen dat onder de behuizing van elk modern mobiel apparaat kon worden geplaatst.

2. Doel van de sensor in de telefoon

Bij een telefoon is het nodig om de positie van het apparaat in de ruimte te bepalen.

Voor de gebruiker ziet alles er uiterst eenvoudig uit: je draait de smartphone horizontaal of verticaal en de positie van alle iconen op het scherm verandert. Dit is van toepassing op games en een verscheidenheid aan programma's.

In veel gevallen kan schermrotatie worden gebruikt om bepaalde acties uit te voeren, zoals het vergrendelen van het toetsenbord.

Interessant: De gyroscoop werd voor het eerst gebruikt in iPhone 4. Sindsdien is deze sensor een essentieel onderdeel van elk mobiel apparaat geworden.

Nu weet je hoe deze sensor werkt. Het is de moeite waard om uit te zoeken hoe u erachter kunt komen of het in uw gadget zit.

3. Controleren of er een gyroscoop aanwezig is

Afhankelijk van het besturingssysteem kunnen hiervoor verschillende programma's worden gebruikt:

• Sensorbox voor Android;
• Sensorkinetiek voor iOS.

In het eerste programma moet u op het pictogram "Accelerometersensor" klikken. In de tweede hoeft u niets te doen.

Er is een nog eenvoudigere manier: als er een item "Scherm draaien" in de instellingen staat (of iets dergelijks), is er een gyroscoop. Maar bovengenoemde toepassingen helpen bij het identificeren van problemen bij de werking van deze sensor.

Tegenwoordig zijn alle smartphones uitgerust met minimaal één sensor, en meestal meerdere. De meest voorkomende sensoren zijn nabijheids-, verlichtings- en bewegingssensoren. De meeste smartphones zijn uitgerust met een versnellingsmeter die reageert op apparaatbewegingen in twee of maximaal drie vlakken. Voor volledige interactie met een virtual reality-headset heb je een gyroscoop nodig die bewegingen in elke richting detecteert.

De gyroscoop in een smartphone is een micro-elektromechanische omzetter van hoeksnelheden in een elektrisch signaal. Met andere woorden: deze sensor berekent de verandering in de hellingshoek ten opzichte van de as wanneer het apparaat wordt gedraaid.

Een gyroscoop behoort tot de micro-elektromechanische systemen (MEMS), die mechanische en elektronische onderdelen combineren. Dergelijke chips zijn in de orde van een paar millimeter of minder groot.

Een conventionele gyroscoop bestaat uit een traagheidsobject dat snel om zijn as draait. Het behoudt dus zijn richting en de verplaatsing van het bestuurde object wordt gemeten door de positie van de ophangingen te veranderen. Zo'n top past uiteraard niet in smartphones; in plaats daarvan wordt MEMS gebruikt.

Mechanische beweging omzetten in elektrisch signaal

De eenvoudigste gyroscoop met één as heeft twee bewegende massa's die in tegengestelde richtingen bewegen (in de afbeelding blauw weergegeven). Zodra een externe hoeksnelheid wordt uitgeoefend, wordt de massa onderworpen aan een Coriolis-kracht, die loodrecht op hun beweging staat (oranje gemarkeerd).

Onder invloed van de Corioliskracht verschuiven de massa's in een mate die evenredig is met de toegepaste snelheid. Het veranderen van de positie van de massa verandert de afstand tussen de bewegende elektroden (rotoren) en de stationaire elektroden (stators), wat leidt tot een verandering in de capaciteit van de condensator en dienovereenkomstig de spanning op zijn platen, en dit is een elektrisch signaal . Het zijn deze meerdere signalen die door de MEMS-gyroscoop worden herkend en de richting en snelheid van de beweging bepalen.

Smartphone-oriëntatie berekenen

De microcontroller ontvangt de spanningsinformatie en zet deze op dat moment om in hoeksnelheid. De grootte van de hoeksnelheid kan met een bepaalde nauwkeurigheid worden bepaald, bijvoorbeeld tot 0,001 graden per seconde. Om te bepalen hoeveel graden rond de as het apparaat is gedraaid, is het noodzakelijk om de momentane snelheid te vermenigvuldigen met de tijd tussen twee sensormetingen. Als we een gyroscoop met drie assen gebruiken, ontvangen we gegevens over rotaties ten opzichte van alle drie de assen, dat wil zeggen dat we op deze manier de oriëntatie van de smartphone in de ruimte kunnen bepalen.

Het is de moeite waard hier op te merken dat het voor het verkrijgen van de hoekwaarden noodzakelijk is om de oorspronkelijke vergelijkingen, die hoeksnelheden omvatten, te integreren. Bij elke integratie neemt de fout toe. Als u de positie alleen met een gyroscoop berekent, zullen de berekende waarden na verloop van tijd onjuist worden.

Daarom zijn bij smartphones ook accelerometergegevens nodig om de oriëntatie in de ruimte nauwkeurig te bepalen. Deze sensor meet lineaire acceleratie maar reageert niet op bochten. Beide sensoren zijn in staat om alle soorten bewegingen volledig te beschrijven. Het belangrijkste voordeel van een gyroscoop ten opzichte van een versnellingsmeter is dat deze reageert op beweging in elke richting.

Waarom heb je een gyroscoop in een smartphone nodig?

Deze sensor heeft de afgelopen jaren steeds meer aandacht gekregen, toen games en virtual reality-applicaties zich actief begonnen te ontwikkelen. Voor gebruikersinteractie met virtual reality moet het programma de positie van de persoon in de ruimte nauwkeurig bepalen. Tegenwoordig hebben zelfs de meest budget-smartphones een versnellingsmeter, maar de metingen gaan gepaard met ruis en de sensor reageert niet op bochten en bewegingen in het horizontale vlak. Voor volledige onderdompeling in virtual reality moet een smartphone daarom een ​​gyroscoop en een versnellingsmeter hebben.

Hoe kom je erachter of je smartphone een gyroscoop heeft?

Meestal geven de kenmerken van een smartphone aan welke sensoren deze heeft. Als u twijfelt aan de juistheid van de informatie, zullen speciale programma's helpen. Sensor Box voor Android toont bijvoorbeeld informatie over alle ingebouwde sensoren. De gyroscoop wordt aangeduid als gyroscoop. Er zijn andere manieren waarop wij