kohteen sijainnin ja suunnan määrittämiseen käytetään monia erilaisia aistinvälineitä. Näistä antureista yleisimmät ovat gyroskooppi ja kiihtyvyysanturi. Vaikka niiden tarkoitus on samanlainen, ne mittaavat eri asioita. Kun ne yhdistetään yhdeksi laitteeksi, ne voivat luoda erittäin voimakkaan tietomäärän.

mikä on gyroskooppi?

gyroskooppi on laite, joka käyttää maan painovoimaa apuna suunnan määrittämisessä. Sen rakenne koostuu vapaasti pyörivästä levystä, jota kutsutaan roottoriksi ja joka on asennettu pyörivälle akselille suuremman ja vakaamman pyörän keskelle. Akselin kääntyessä roottori pysyy paikallaan osoittaakseen keskeisen gravitaatiovoiman, ja siten kumpi suunta on ” alaspäin.”

” yksi tyypillinen gyroskoopin tyyppi tehdään keskeyttämällä suhteellisen massiivinen roottori kolmen renkaan sisällä, joita kutsutaan gimbaleiksi”, kertoo Georgian valtionyliopiston tutkimusopas. “Näiden Roottorien asentaminen korkealaatuisille laakeripinnoille takaa, että sisäroottoriin voidaan kohdistaa hyvin vähän vääntömomenttia.”

gyroskoopit keksi ja nimesi ensimmäisenä ranskalainen fyysikko Jean-Bernard-Léon Foucault 1800-luvulla. Vasta vuonna 1908 saksalainen keksijä H. Anschütz-Kaempfe kehitti Encyclopedia Britannican mukaan ensimmäisen toimivan gyrokompassin. Se luotiin käytettäväksi sukellusveneessä. Vuonna 1909 siitä tehtiin ensimmäinen autopilotti.

mikä on kiihtyvyysmittari?

kiihtyvyysmittari on kompakti laite, joka on suunniteltu mittaamaan painovoimatonta kiihtyvyyttä. Kun kappale, johon se on integroitu, menee pysähdyksestä mihin tahansa nopeuteen, kiihtyvyysanturi on suunniteltu vastaamaan tällaiseen liikkeeseen liittyviin värähtelyihin. Se käyttää mikroskooppisia kiteitä, jotka joutuvat jännitykseen tärinän sattuessa, ja tästä jännityksestä syntyy jännite, joka luo lukeman mille tahansa kiihdytykselle. Kiihtyvyysmittarit ovat tärkeitä komponentteja laitteissa, jotka seuraavat kuntoa ja muita mittauksia mitatussa itseliikkeessä.

ensimmäistä kiihtyvyysmittaria kutsuttiin Atwoodin koneeksi, ja sen keksi englantilainen fyysikko George Atwood vuonna 1783 Ville Kaajakarin kirjan “Practical MEMS” mukaan.

gyroskoopin tai kiihtyvyysmittarin käyttö

suurin ero näiden kahden laitteen välillä on yksinkertainen: toinen voi aistia pyörimisen, toinen ei. Kiihtyvyysmittarilla voidaan mitata stationäärisen kohteen suuntaa suhteessa maan pintaan. Kun kiihtyvyysmittari kiihdyttää tiettyyn suuntaan, se ei pysty erottamaan sitä maan vetovoiman tuottamasta kiihtyvyydestä. Jos ajattelisit tätä lentokoneessa käytettynä, kiihtyvyysanturi menettää nopeasti suuren osan vetovoimastaan.

gyroskooppi säilyttää tehokkuutensa mittaamalla Pyörimisnopeuden tietyn akselin ympäri. Kun mitataan pyörimisnopeus lentokoneen rullausakselin ympäri, se tunnistaa todellisen arvon, kunnes kappale vakiintuu ulos. Kulmamomentin keskeisten periaatteiden avulla gyroskooppi auttaa osoittamaan suuntaa. Vertailussa kiihtyvyysmittari mittaa tärinään perustuvaa lineaarista kiihtyvyyttä.

tyypillinen kaksiakselinen kiihtyvyysanturi antaa käyttäjälle painovoimasuunnan lentokoneessa, älypuhelimessa, autossa tai muussa laitteessa. Vertailun vuoksi gyroskoopin tarkoituksena on määrittää kulma-asento tilan jäykkyyden periaatteen perusteella. Kunkin laitteen sovellukset vaihtelevat melko rajusti samankaltaisesta käyttötarkoituksesta huolimatta. Gyroskooppia käytetään esimerkiksi miehittämättömien ilma-alusten, kompassien ja suurten veneiden navigoinnissa, joka viime kädessä auttaa navigoinnin vakautta. Kiihtyvyysmittarit ovat yhtä yleisiä käytössä, ja niitä löytyy muun muassa tekniikasta, koneista, laitteistovalvonnasta, rakennus-ja rakenneseurannasta, navigoinnista, liikenteestä ja jopa kulutuselektroniikasta.

kiihtyvyysanturin ilmestyminen kulutuselektroniikan markkinoille ja sellaisten laajalle levinneiden laitteiden, kuten kompassisovellusta käyttävän iPhonen, käyttöönotto on helpottanut sen yleistä suosiota kaikilla ohjelmistotavoilla. Näytön suunnan määrittäminen, kompassina toimiminen ja toimintojen kumoaminen yksinkertaisesti ravistamalla älypuhelinta ovat muutamia perustoimintoja, jotka perustuvat kiihtyvyysanturin läsnäoloon. Viime vuosina sen soveltaminen kulutuselektroniikan keskuudessa ulottuu nyt henkilökohtaisiin kannettaviin tietokoneisiin.

käytössä olevat anturit

reaalimaailman käyttö kuvaa parhaiten näiden antureiden välisiä eroja. Kiihtyvyysmittareita käytetään kiihtyvyyden määrittämiseen, joskin kolmiakselisella kiihtyvyysmittarilla voitaisiin tunnistaa Alustan suunta suhteessa maan pintaan. Mutta kun tuo alusta alkaa liikkua, sen lukemat vaikeutuvat tulkittaviksi. Esimerkiksi vapaapudotuksessa kiihtyvyysmittari näyttäisi nollakiihtyvyyttä. Jos ilma-alus suorittaa 60 asteen kallistuskulman käännöstä varten, kolmiakselinen kiihtyvyysmittari rekisteröisi 2 G: n pystysuuntaisen kiihtyvyyden ja jättäisi kallistuksen kokonaan huomiotta. Viime kädessä kiihtyvyysmittaria ei voida käyttää yksinään auttamaan ilma-alusten oikeanlaisessa suuntaamisessa.

kiihtyvyysmittarit löytävät sen sijaan käyttöä erilaisissa kulutuselektroniikkalaitteissa. Esimerkiksi ensimmäisten älypuhelinten joukossa sitä hyödynsi Applen iPhone 3GS, jossa Wiredin mukaan otettiin käyttöön sellaisia ominaisuuksia kuin compass-sovellus ja shake to undo.

lentokoneessa käytettäisiin gyroskooppia, joka auttaisi ilmaisemaan Pyörimisnopeuden lentokoneen rullausakselin ympäri. Kun lentokone rullaa, gyroskooppi mittaa ei-nolla-arvoja, kunnes alusta tasaantuu, jolloin se lukisi nolla-arvon ilmaisemaan suuntaa “alas.”Paras esimerkki gyroskoopin lukemisesta on tyypillisten ilma-alusten korkeusmittari. Sitä edustaa pyöreä näyttö, jossa näyttö on jaettu kahtia, yläpuoli on väriltään sininen osoittamaan taivasta ja alaosa on punainen osoittamaan maata. Koska ilma pankit puolestaan, suunta näytön siirtyy pankin tilille todellinen suunta maahan.

kunkin laitteen käyttötarkoitus vaikuttaa viime kädessä niiden käytännöllisyyteen kullakin käytettävällä alustalla. Monet laitteet hyötyvät molempien antureiden läsnäolosta, vaikka monet luottavat vain yhden anturin käyttöön. Riippuen siitä, millaisia tietoja sinun on kerättävä-kiihtyvyys tai suunta-jokainen laite antaa erilaisia tuloksia.

Alina Bradford, Live Science-rahoittaja.

Kategoriat: Articles

0 kommenttia

Vastaa

Avatar placeholder

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.