De nombreux dispositifs sensoriels différents sont utilisés pour déterminer la position et l’orientation d’un objet. Les plus courants de ces capteurs sont le gyroscope et l’accéléromètre. Bien que leur but soit similaire, ils mesurent des choses différentes. Lorsqu’ils sont combinés en un seul appareil, ils peuvent créer un tableau d’informations très puissant.

Qu’est-ce qu’un gyroscope ?

Un gyroscope est un appareil qui utilise la gravité terrestre pour aider à déterminer l’orientation. Sa conception se compose d’un disque en rotation libre appelé rotor, monté sur un axe de rotation au centre d’une roue plus grande et plus stable. Lorsque l’axe tourne, le rotor reste immobile pour indiquer la traction gravitationnelle centrale, et donc la direction vers le bas.”

“Un type typique de gyroscope est fabriqué en suspendant un rotor relativement massif à l’intérieur de trois anneaux appelés cardans”, selon un guide d’étude de l’Université d’État de Géorgie. “Le montage de chacun de ces rotors sur des surfaces d’appui de haute qualité garantit que très peu de couple peut être exercé sur le rotor intérieur.”

Les gyroscopes ont été inventés et nommés pour la première fois au 19ème siècle par le physicien français Jean-Bernard-Léon Foucault. Ce n’est qu’en 1908 que l’inventeur allemand H. Anschütz-Kaempfe a développé le premier gyrocompas utilisable, selon l’Encyclopédie Britannica. Il a été créé pour être utilisé dans un submersible. Puis, en 1909, il a été utilisé pour créer le premier pilote automatique.

Qu’est-ce qu’un accéléromètre ?

Un accéléromètre est un appareil compact conçu pour mesurer l’accélération non gravitationnelle. Lorsque l’objet dans lequel il est intégré passe d’un arrêt à une vitesse quelconque, l’accéléromètre est conçu pour répondre aux vibrations associées à un tel mouvement. Il utilise des cristaux microscopiques qui subissent une contrainte lorsque des vibrations se produisent, et à partir de cette contrainte, une tension est générée pour créer une lecture sur toute accélération. Les accéléromètres sont des composants importants des appareils qui suivent la condition physique et d’autres mesures dans l’auto-mouvement quantifié.

Le premier accéléromètre s’appelait la machine Atwood et a été inventé par le physicien anglais George Atwood en 1783, selon le livre “Practical MEMS”, de Ville Kaajakari.

Utilisations d’un gyroscope ou d’un accéléromètre

La principale différence entre les deux appareils est simple: l’un peut détecter la rotation, tandis que l’autre ne le peut pas. D’une certaine manière, l’accéléromètre peut mesurer l’orientation d’un objet fixe par rapport à la surface de la Terre. Lors d’une accélération dans une direction particulière, l’accéléromètre est incapable de faire la distinction entre cela et l’accélération fournie par l’attraction gravitationnelle de la Terre. Si vous deviez considérer ce handicap lorsqu’il est utilisé dans un avion, l’accéléromètre perd rapidement beaucoup de son attrait.

Le gyroscope maintient son niveau d’efficacité en étant capable de mesurer la vitesse de rotation autour d’un axe particulier. Lors de la mesure de la vitesse de rotation autour de l’axe de roulis d’un avion, il identifie une valeur réelle jusqu’à ce que l’objet se stabilise. En utilisant les principes clés du moment angulaire, le gyroscope aide à indiquer l’orientation. En comparaison, l’accéléromètre mesure l’accélération linéaire en fonction des vibrations.

L’accéléromètre à deux axes typique donne aux utilisateurs une direction de gravité dans un avion, un smartphone, une voiture ou un autre appareil. En comparaison, un gyroscope est destiné à déterminer une position angulaire basée sur le principe de rigidité de l’espace. Les applications de chaque appareil varient considérablement malgré leur but similaire. Un gyroscope, par exemple, est utilisé en navigation sur des véhicules aériens sans pilote, des boussoles et de gros bateaux, ce qui contribue finalement à la stabilité de la navigation. Les accéléromètres sont également largement utilisés et peuvent être trouvés dans l’ingénierie, les machines, la surveillance du matériel, la surveillance des bâtiments et des structures, la navigation, les transports et même l’électronique grand public.

L’apparition de l’accéléromètre sur le marché de l’électronique grand public, avec l’introduction d’appareils aussi répandus que l’iPhone l’utilisant pour l’application compass intégrée, a facilité sa popularité globale dans tous les domaines du logiciel. Déterminer l’orientation de l’écran, agir comme une boussole et annuler les actions en secouant simplement le smartphone sont quelques fonctions de base qui reposent sur la présence d’un accéléromètre. Ces dernières années, son application parmi l’électronique grand public s’étend désormais aux ordinateurs portables personnels.

Capteurs utilisés

L’utilisation réelle illustre le mieux les différences entre ces capteurs. Les accéléromètres sont utilisés pour déterminer l’accélération, bien qu’un accéléromètre à trois axes puisse identifier l’orientation d’une plate-forme par rapport à la surface de la Terre. Cependant, une fois que cette plate-forme commence à bouger, ses lectures deviennent plus compliquées à interpréter. Par exemple, en chute libre, l’accéléromètre afficherait une accélération nulle. Dans un avion effectuant un angle d’inclinaison de 60 degrés pour un virage, un accéléromètre à trois axes enregistrerait une accélération verticale de 2 G, ignorant entièrement l’inclinaison. En fin de compte, un accéléromètre ne peut pas être utilisé seul pour aider à garder les avions correctement orientés.

Les accéléromètres sont plutôt utilisés dans une variété d’articles électroniques grand public. Par exemple, l’iPhone 3GS d’Apple a été l’un des premiers smartphones à l’utiliser avec l’introduction de fonctionnalités telles que l’application compass et shake to undo, selon Wired.

Un gyroscope serait utilisé dans un aéronef pour aider à indiquer la vitesse de rotation autour de l’axe de roulis de l’aéronef. Lorsqu’un avion roule, le gyroscope mesurera des valeurs non nulles jusqu’à ce que la plate-forme se nivelle, après quoi il lirait une valeur nulle pour indiquer la direction de “vers le bas.”Le meilleur exemple de lecture d’un gyroscope est celui de l’indicateur d’altitude sur des avions typiques. Il est représenté par un affichage circulaire avec l’écran divisé en deux, la moitié supérieure étant de couleur bleue pour indiquer le ciel et la partie inférieure étant rouge pour indiquer le sol. Lorsqu’un avion se met en banque pour un virage, l’orientation de l’affichage change avec la banque pour tenir compte de la direction réelle du sol.

L’utilisation prévue de chaque appareil influence en fin de compte leur praticité sur chaque plate-forme utilisée. De nombreux appareils bénéficient de la présence des deux capteurs, bien que beaucoup comptent sur l’utilisation d’un seul. Selon le type d’informations que vous devez collecter — accélération ou orientation — chaque appareil fournira des résultats différents.

Rapports supplémentaires par Alina Bradford, contributrice de Live Science.

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