k určení polohy a orientace objektu se používá mnoho různých senzorických zařízení. Nejběžnější z těchto senzorů jsou gyroskop a akcelerometr. I když mají podobný účel, měří různé věci. Když jsou kombinovány do jednoho zařízení, mohou vytvořit velmi silné pole informací.

co je gyroskop?

gyroskop je zařízení, které využívá zemskou gravitaci k určení orientace. Jeho konstrukce se skládá z volně rotujícího disku zvaného rotor, namontovaného na spřádací ose ve středu většího a stabilnějšího kola. Jak se osa otáčí, rotor zůstává nehybný, aby indikoval centrální gravitační tah, a tedy jakým směrem je “dolů”.”

“jeden typický typ gyroskopu je vyroben zavěšením relativně masivního rotoru uvnitř tří kroužků nazývaných kardany,” uvádí Studijní příručka Georgia State University. “Montáž každého z těchto rotorů na vysoce kvalitní ložiskové plochy zajišťuje, že na vnitřní rotor může být vyvíjen velmi malý točivý moment.”

gyroskopy byly poprvé vynalezeny a pojmenovány v 19. století francouzským fyzikem Jean-Bernard-Léonem Foucaultem. Až v roce 1908 německý vynálezce h. Anschütz-Kaempfe vyvinul podle Encyclopedia Britannica první funkční gyrokompas. Byl vytvořen pro použití v ponorce. Poté, v roce 1909, byl použit k vytvoření prvního autopilota.

co je akcelerometr?

akcelerometr je kompaktní zařízení určené k měření gravitačního zrychlení. Když objekt, do kterého je integrován, přechází z klidového stavu na jakoukoli rychlost, akcelerometr je navržen tak, aby reagoval na vibrace spojené s takovým pohybem. Používá mikroskopické krystaly, které při vibracích podléhají stresu, a z tohoto stresu se generuje napětí, které vytváří čtení při jakémkoli zrychlení. Akcelerometry jsou důležitými součástmi zařízení, která sledují kondici a další měření v kvantifikovaném vlastním pohybu.

první akcelerometr se jmenoval stroj Atwood a byl vynalezen anglickým fyzikem Georgem Atwoodem v roce 1783 podle knihy “praktické MEMS” od Ville Kaajakariho.

použití gyroskopu nebo akcelerometru

hlavní rozdíl mezi oběma zařízeními je jednoduchý: jeden může cítit rotaci, zatímco druhý nemůže. Svým způsobem může akcelerometr měřit orientaci stacionární položky ve vztahu k zemskému povrchu. Při akceleraci v určitém směru akcelerometr není schopen rozlišovat mezi tím a zrychlením poskytovaným gravitačním tahem země. Pokud byste měli zvážit tento handicap při použití v letadle, akcelerometr rychle ztratí velkou část své přitažlivosti.

gyroskop udržuje svou úroveň účinnosti tím, že je schopen měřit rychlost otáčení kolem určité osy. Při měření rychlosti otáčení kolem osy válce letadla identifikuje skutečnou hodnotu, dokud se objekt stabilizuje. Pomocí klíčových principů momentu hybnosti pomáhá gyroskop indikovat orientaci. Pro srovnání akcelerometr měří lineární zrychlení na základě vibrací.

typický dvouosý akcelerometr poskytuje uživatelům směr gravitace v letadle, smartphonu, autě nebo jiném zařízení. Pro srovnání je gyroskop určen k určení úhlové polohy založené na principu tuhosti prostoru. Aplikace každého zařízení se navzdory podobnému účelu poměrně drasticky liší. Gyroskop se například používá při navigaci na bezpilotních vzdušných vozidlech, kompasech a velkých člunech, což nakonec pomáhá se stabilitou v navigaci. Akcelerometry jsou stejně rozšířené a lze je nalézt ve strojírenství, strojírenství, monitorování hardwaru, monitorování budov a konstrukcí, navigaci, dopravě a dokonce i spotřební elektronice.

vzhled akcelerometru na trhu spotřební elektroniky se zavedením takových rozšířených zařízení, jako je iPhone, který jej používá pro vestavěnou aplikaci compass, usnadnil jeho celkovou popularitu ve všech oblastech softwaru. Určení orientace obrazovky, působení jako kompas a zrušení akcí pouhým protřepáním smartphonu je několik základních funkcí, které se spoléhají na přítomnost akcelerometru. V posledních letech se jeho aplikace mezi spotřební elektronikou nyní rozšiřuje na osobní notebooky.

používané senzory

použití v reálném světě nejlépe ilustruje rozdíly mezi těmito senzory. Akcelerometry se používají k určení zrychlení, i když tříosý akcelerometr by mohl identifikovat orientaci plošiny vzhledem k zemskému povrchu. Jakmile se však tato platforma začne pohybovat, její čtení se komplikuje. Například při volném pádu by akcelerometr vykazoval nulové zrychlení. V letadle provádějícím 60-stupňový úhel banky pro zatáčku by tříosý akcelerometr zaregistroval vertikální zrychlení 2-G, přičemž by zcela ignoroval náklon. Nakonec akcelerometr nemůže být použit samostatně na pomoc při udržování letadla správně orientované.

akcelerometry místo toho najdou použití v různých spotřebních elektronických předmětech. Například mezi prvními smartphony, které ji využily, byl Apple iPhone 3GS se zavedením takových funkcí, jako je aplikace compass a shake to undo, podle Wired.

gyroskop by byl použit v letadle, aby pomohl určit rychlost otáčení kolem osy otáčení letadla. Jak se letadlo valí, gyroskop bude měřit nenulové hodnoty, dokud se plošina nevyrovná, načež by přečetl nulovou hodnotu a označil směr “dolů”.”Nejlepším příkladem čtení gyroskopu je ukazatel nadmořské výšky na typických letadlech. Je reprezentován kruhovým displejem s obrazovkou rozdělenou na polovinu, horní polovina má modrou barvu pro označení oblohy a spodní část je červená pro označení země. Jako letadlo banky pro otočení, orientace displeje se posune s bankou na účet pro skutečný směr země.

zamýšlené použití každého zařízení nakonec ovlivňuje jejich praktičnost v každé použité platformě. Mnoho zařízení těží z přítomnosti obou senzorů, i když mnozí se spoléhají na použití pouze jednoho. V závislosti na typu informací, které potřebujete shromáždit — zrychlení nebo orientace — každé zařízení poskytne různé výsledky.

další zprávy od Aliny Bradfordové, přispěvatelky živé vědy.

Kategorie: Articles

0 komentářů

Napsat komentář

Avatar placeholder

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.