Как работает гироскоп. Что это такое? Гироскоп: история, определение

Многие слышали про гироскоп в телефоне - что это такое интересно, пожалуй, только тем пользователям гаджета, которые в технических характеристиках заметили незнакомое название. На самом же деле функциями этого микроприбора мы пользуемся достаточно часто. Он способен выручить нас в момент отсутствия необходимого строительного инструмента, указать нам направление движения, когда это необходимо и справиться с различными, еще более сложными задачами.

Для чего гироскоп в вертолете?

Высокотехнологичные приборы широко используются в военно-техническом оснащении армии. Например, гироскоп является важной составляющей частью вертолетной навигационной системы. В вертолетах устанавливаются гироскопические приборы на качественных подшипниках, которые не позволяют внешним факторам воздействовать на его ось. Таким образом, он способен отображать уровень наклона поверхности , к которой прикреплен.

Когда вертолет заходит в поворот, устройство давит на соответствующую пружину, расположенную под его горизонтальным основанием до тех пор, пока экипаж не выровняет машину по вертикальной оси. Причем сила давления на пружину прямо пропорциональна угловой скорости вертолета.

Еще одной немаловажной функцией является стабилизация вертолета в момент раскачивания или заноса его хвоста. Гироскоп:

Определяет раскачивание;
Дает сигнал винтовым лопастям;
Лопасти в свою очередь начинают работу в режиме недопущения раскручивания машины.

Так вертолет остается в стабильном равновесии и не зависит от потоков воздуха или других внешних факторов.

В этом видео физик Аркадий Жалеев покажет принцип работы большого гирокомпаса:

Где еще используют прибор?

Гироскоп очень важен для самолетостроения. Его работа детально изучается пилотами, однако нам, простым пассажирам, понятно, что в небе самолет ориентируется именно благодаря этому прибору.

С его помощью выполняется:

Работа автопилота;
Маневрирование в воздухе;
Взлет и посадка.

Все это обусловлено работой гироскопа.

В подводных лодках аппарат позволяет определить:

Курс судна;
Равновесие или баланс корпуса.

Также такие приборы используются в космонавтике, где ориентироваться по визуальным и тактильным ощущениям невозможно.

Велико место прибора в робототехнике. Благодаря его функциям могут отслеживаться изменения положения в пространстве различных предметов, например, головы или тела робота. Является основным и самым важным устройством в гироскутере.

Таким образом, гироскоп - крайне важный предмет для наукоемких производств, военно-промышленного комплекса и бытовой жизни каждого человека. Он намного облегчает нам жизнь и делает ее интереснее, а для науки является ценнейшим навигационным прибором.

Гироскоп: как работает устройство?

Современные гаджеты оснащены массой различных полезных функций. Одной из таких новинок является гироскоп. Впервые он был использован в телефонах компании Apple.

Это маленький чип внутри смартфона, суть работы которого заключается:

В определении местоположения смартфона в пространстве ;
Вычислении углов горизонта.

Таким образом, многие функции телефона напрямую зависят от гироскопа:

Направление и скорость движения в навигаторе;
Автоматический переход экрана в горизонтальное или вертикальное положение;
Игры в телефоне, где гироскоп используется в качестве руля;
Ответ на звонок или переключение различных функций с помощью встряхивания телефона.

Также аппарат может выступать в качестве прибора, измеряющего угол наклона, например, всем известного уровня. Это бывает необходимо и в быту, и в строительной профессии.

Все это - помощь того самого вшитого чипа. Сегодня практически все телефоны оснащены таким датчиком. Убедиться в этом вы можете, обратившись к техническим характеристикам гаджета или установив программу, позволяющую определить все встроенные в телефон датчики.

Отличие гироскопа от акселерометра

Многие путают эти два устройства, называя их приборами с одинаковым функционалом, но разными названиями, однако такие рассуждения ошибочны. Принцип действия этих приборов немного разнится:

Акселерометр определяет угол ускорения относительно земли, тогда как его коллега - угол своего положения;
Акселерометр имеет возможность измерять длительность движения, а гироскоп - нет;
У акселерометра есть возможность издавать сигналы при прохождении определенного расстояния;
Гироскоп может определять стороны света, акселерометр - нет.

Таким образом, оба эти прибора отлично дополняют друг друга и часто используются в тандеме на различных устройствах.

Устройство гироскопа

Прибор гироскоп был изобретен еще в 19 веке. Его работа заключается во вращении твердых тел с высокой скоростью вокруг оси. Самым простым и наглядным примером работы агрегата является простая игрушка юла. Когда мы раскручиваем ее, она вращается вокруг оси до тех пока на нее не начинают воздействовать внешние силы.

Гироскоп в свою очередь не подвержен такому воздействию и сохраняет устойчивость благодаря гораздо большей силе вращения, чем у юлы. Таким образом, вы можете поворачивать аппарат как угодно, но его ось останется неизменно вертикальной.

Самый первый гироскоп был механическим, однако дальше, с развитием науки он стал лазерным и оптическим. В электромеханике сегодня такие приборы используются в виде микроэлектромеханических датчиков. Именно таким образом он умещается в телефон, сложную навигационную систему кораблей, самолетов и вертолетов.

Таким образом, в современном мире люди живут, что называется на высоких скоростях. Однако для упрощения и увеличения качества жизни в бытовой обиход входят все больше приборов, которые ранее использовались только для высоких технологий. Одним из таких примеров, является гироскоп в телефоне. Что это за устройство, давно знают капитаны морских судов и подводных лодок, пилоты и космонавты. В современном гаджете такое устройство появилось относительно недавно, но уже прочно закрепилось среди важных и полезных функций.

Видео о принципе работы приборов для ориентации в пространстве

В данном ролике Роман Лодин расскажет, с помощью чего гироскопу и акселерометру удается определить свое местоположение и чем отличаются эти два прибора:

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

Многие пользователи, изучая характеристики своего смартфона, часто встречаются с наличием на телефоне такого устройства как «гироскоп ». Что это такое, и каковы его функции, пользователи часто не знают и не представляют, довольно часто путая его с акселерометром. В этой статье я постараюсь «пролить свет» на данную проблематику и расскажу, что это гироскоп в телефоне, каковы его функции, какая разница между гироскопом и акселерометром, а также как узнать, есть ли гироскоп в телефоне.

Гироскоп — это специальный датчик в смартфоне, позволяющий определить положение вашего телефона в пространстве. Гироскоп научен реагировать на изменение углов ориентации тела, на которое он установлен, относительно инерциальной системы отчёта.

Ширина такого датчика внутри телефона обычно не превышает 10 миллиметров, а высота – 5 миллиметров.

Прототип устройства с описанными выше функциями был изобретён ещё в далёком 1817 году немцем Иоанном Боненбергом, а сам термин «гироскоп» был введён в лексический оборот значительно позже – в 1852 году.

Важно! Если вы ещё не знаете, что такое и в телефоне и их предназначения, вам следую прочесть материалы по ссылкам.

Функции гироскопа

После того, как мы разобрались с тем, что это такое гироскоп, стоит перечислить те функции, которое он выполняет. Основной функцией гироскопа на современных смартфонах и планшетах является автоматический поворот изображения на экране вслед за изменением положения мобильного устройства.

Кроме того его активно задействуют различные игровые программы (в частности гоночные), навигационные приложения, разнообразный служебный софт и так далее. К примеру, переворот смартфона экраном вниз можно заблокировать экран или выключить звук, встряхивание телефона позволит ответить на входящий звонок или запустить блютуз, ну и наличие гироскопа на телефоне позволяет более точно работать с GPS-навигацией и ориентироваться на карте.

Ну а о пользе гироскопа в играх и говорить не приходится. Недавний мировой хит – игра Pokemon Go в полной мере задействовала возможности гироскопа, позволяя игроку ловить покемонов на знакомой местности, а сами покемоны довольно корректно используют особенности окружающего ландшафта, считываемые камерой телефона.

Используется гироскоп и в шлемах виртуальной реальности, фиксируя повороты и наклоны головы игрока, и соответственно подстраивая под это компьютерную картинку.

Разница между гироскопом и акселерометром

В сети довольно часто можно встретить мнения о том, что гироскоп и акселерометр – это одно и то же, что гироскоп – это более точный акселерометр и прочее подобное. На самом деле это два разных датчика, и если акселерометр обычно устанавливается в мобильных устройствах по умолчанию, то гироскоп присутствует в смартфонах и планшетах пользователей далеко не всегда.

Суть различия между этими устройствами лежит в их функциях. Если гиродатчик (гироскоп) определяет положение вашего устройства в пространстве, то акселерометр измеряет ускорение вашего устройства и выдаёт информацию о его перемещении (например, показатель скорости перемещения).

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.

Как узнать, если ли гироскоп в телефоне

Большинство современных телефонов обладает встроенными датчиками гироскопа. Если же вы, всё же, сомневаетесь в его наличии, достаточно вбить в строку поиска поисковой системы марку и модель вашего устройства, а затем прочитать его полные технические характеристики.

Также можно воспользоваться вспомогательными программами, предоставляющими полную информацию об устройстве. Можно порекомендовать

Как часто вы задаётесь вопросом, из чего состоят те устройства, которые помогают вам справляться с повседневными делами, служат окном в мир социальных сетей и забавных видео на YouTube, являются вашими постоянными спутниками и верными помощниками? Да-да, речь именно о смартфонах, планшетах и прочих гаджетах, которые прочно вошли в наши жизни. А ведь если вдуматься, то об их внутреннем устройстве большинство пользователей даже не подозревают. Будем это исправлять, рассказывая понемногу о тех модулях, из которых и состоят наши девайсы. И сегодня мы поговорим о том, что такое гироскоп в , смартфоне или ноутбуке.

Взгляд в прошлое

Для начала немного истории. Принцип действия гироскопа впервые был предложен в 1817 году немецким астрономом и математиком Иоанном Боненбергером, который назвал его «ротационной машиной» и использовал для наглядной демонстрации принципов, согласно которым Земля вращается вокруг своей оси. Позже, в 1852 году, конструкция была усовершенствована французским учёным Жаном Фуко, который и продемонстрировал её впервые под именем «гироскоп». Своё практическое применение гироскоп впервые нашёл в 1880-х как часть стабилизационной системы наведения торпед.

Так что же это такое? Не будем пытаться описывать устройство первых гироскопов, сейчас их существует много разновидностей - от механических до лазерных. Скажем только, что это датчик, который определяет положение объекта в пространстве, и не только положение, но и скорость его изменения. Сейчас многие, вероятно, подумают, что речь идёт об акселерометре. На самом деле нет, это разные приборы, хотя они часто и эксплуатируются в паре. Акселерометр фактически, если отвлечься от скучных научных определений, измеряет угол поворота объекта относительно плоскости планеты. Гироскоп же намного точнее, и утилизация их в паре даёт гораздо более точное определение положения объекта в пространстве.

Как это используется и зачем оно нужно в моих гаджетах?

Используется гироскоп очень по-разному. Здесь, наверное, целесообразно ещё раз оглянуться назад - дело в том, что гироскопы начали применяться в электронных устройствах достаточно давно, задолго до первых смартфонов и планшетов. Изначально они устанавливались в ноутбуки бизнес-класса или защищённые промышленные модели. В общем, туда, где сохранность устройства или , критически важна. Благодаря своей возможности определять скорость изменения положения гаджета в пространстве, гироскоп успевал в случае, например, падения ноутбука отдать команду электронике, чтоб та запарковала считывающие головки чувствительного к встряскам жёсткого диска. Таким образом, сохранялась работоспособность девайса и находящихся на нём данных.

В мобильных же устройствах (смартфонах, планшетах) жёсткие диски применялись крайне редко, здесь отдавали предпочтение флеш-памяти, которая переносит такие потрясения лучше. Поэтому на первых порах в мобильных гаджетах использовали уже упоминавшийся акселерометр. В самом деле, зачем ставить более дорогой модуль там, где можно получить необходимые функции более ? Этот подход применялся в силу сложившихся сценариев утилизации устройств - акселерометр в основном отвечал за поворот экрана при смене ориентации гаджета в пространстве. Так продолжалось до момента, когда всем известная компания из Купертино (речь, конечно, об Apple) не представила свой очередной смартфон. На презентации iPhone 4 Стив Джобс сделал особый акцент на том, что в новом смартфоне компании установлен именно гироскоп.

Сейчас, вероятно, проще перечислять гаджеты без этого очень полезного датчика (и в основном это будут разные бюджетные модели), чем те, в которых он занимает своё почётное место.

Гироскоп нашёл своё применение во многих сценариях использования мобильных девайсов:

Начнём с самого очевидного - мобильный гейминг с приходом гироскопа получил абсолютно новый уровень пользовательского опыта. Согласитесь, намного приятнее , используя планшет в качестве руля. А ведь именно благодаря гироскопу гаджет так точно отзывается на малейшие движения ваших рук, давая ощущения полного контроля над машиной. То же можно сказать про всевозможные авиасимуляторы и про другие игры, где управление построено не на привычных «тапах» по экрану, а на использовании поворота или встряхивания устройства.
Взаимодействие с программным обеспечением. Гироскоп позволяет настолько точно измерять положение вашего планшета или смартфона в пространстве, что, установив специальное ПО, можно использовать его как строительный уровень или отвес, или измерять угол наклона объектов. Во многих приложениях стали внедрять управление поворотом гаджета или встряхиванием, пионерами здесь были Apple с тем самым iPhone 4, в котором встряхиванием устройства можно было управлять . Ещё один очевидный пример - калькулятор. Всем привычно, что при смене ориентации девайса на альбомную он становится инженерным. Догадываетесь, какой модуль за это отвечает?
В навигационных системах самолётов и иного транспорта гироскопы применяются уже давно. Нынче это обычное дело и в мобильном помощнике - когда вы поворачиваете за угол, карта на дисплее вашего планшета также разворачивается, чтоб вы всегда видели перед собой правильное направление пути.

Можно придумать ещё много сценариев использования гироскопа, это лишь самые очевидные, те, которые мы эксплуатируем каждый день, не задумываясь, что именно помогает нам совершать все эти полезные действия.

Что делать, если гироскоп не работает

Конечно, иногда бывает и такое, что датчик не работает или работает, но не очень корректно. В данном случае советуем произвести калибровку гироскопа - это часто можно сделать при помощи встроенных возможностей девайса, если нет, то в магазинах приложений найдётся много утилит, призванных помочь вам в этом. Возможно, что вы и сами просто отключили модуль - распространённая ситуация, когда хочется почитать, лёжа в кровати, а текст упорно разворачивается в альбомную ориентацию. Согласитесь, неудобно. Потому многие и отключают модуль, и, как это часто бывает, потом забывают включить его снова. Но если и модуль включен, и калибровка не помогла - что ж, самое время посетить сервисный центр.

Современные смартфоны оснащены огромным количеством функций, за работу которых отвечает ряд датчиков.

Нередко об их назначении владельцы даже не догадываются. К числу таких датчиков относится гироскоп в телефоне: что это такое, не знают даже многие «продвинутые» пользователи, поэтому не лишним будет детально изучить это устройство.

Принцип действия оборудования

Гироскоп представляет собой волчок, вращающийся вокруг оси. Благодаря способности демонстрировать устойчивое положение во время движения, он используется для определения положения в пространстве и изменения угловой скорости. Существует несколько разновидностей: они различаются между собой по принципу действия (оптические или механические) и количеству степеней свободы. Если говорить о моделях, которые устанавливаются в смартфоны, то это обычно вибрационные гиродатчики. В этом устройстве есть две массы, которые перемещаются в противоположные стороны. В тот момент, когда появляется угловая скорость, на массу воздействует сила Кориолиса, вектор которой направлен перпендикулярно движению массы. В результате воздействия этой силы происходит смещение, что приводит к изменению расстояния между подвижными и неподвижными электронами и, как следствие, к смене емкости конденсатора. Эти электронные сигналы впоследствии обрабатываются процессором.

Наличие гиродатчика в смартфоне – это не просто прихоть, такой аппарат открывает перед обладателем гаджета множество дополнительных возможностей:

прием вызовов простым встряхиванием аппарата,
стабилизация камеры во время съемок,
управление приложениями при помощи поворотов устройства,
ориентация положения головы в виртуальной реальности.

В каких телефонах есть гироскоп?

Воспользоваться перечисленными выше преимуществами могут далеко не все владельцы смартфонов, так как гиродатчики установлены не везде. Самый надежный способ узнать, есть ли гироскоп в телефоне – спросить об этом у продавца-консультанта или прочитать паспорт к изделию. Если говорить о брендах, то впервые гиродатчик был установлен на iPhone 4. Поскольку новинка пришлась покупателям по вкусу, все последующие модели от Apple также получили это оборудование.