Per determinare la posizione e l’orientamento di un oggetto vengono utilizzati diversi dispositivi sensoriali. I più comuni di questi sensori sono il giroscopio e l’accelerometro. Sebbene abbiano uno scopo simile, misurano cose diverse. Se combinati in un unico dispositivo, possono creare una serie molto potente di informazioni.

Che cos’è un giroscopio?

Un giroscopio è un dispositivo che utilizza la gravità terrestre per aiutare a determinare l’orientamento. Il suo design è costituito da un disco a rotazione libera chiamato rotore, montato su un asse di filatura al centro di una ruota più grande e più stabile. Mentre l’asse gira, il rotore rimane fermo per indicare l’attrazione gravitazionale centrale, e quindi da che parte è “giù.”

“Un tipico tipo di giroscopio è fatto sospendendo un rotore relativamente massiccio all’interno di tre anelli chiamati giunti cardanici”, secondo una guida di studio della Georgia State University. “Il montaggio di ciascuno di questi rotori su superfici di cuscinetti di alta qualità assicura che sia possibile esercitare pochissima coppia sul rotore interno.”

I giroscopi furono inventati e nominati nel 19 ° secolo dal fisico francese Jean-Bernard-Léon Foucault. Fu solo nel 1908 che l’inventore tedesco H. Anschütz-Kaempfe sviluppò la prima girobussola lavorabile, secondo Encyclopedia Britannica. È stato creato per essere utilizzato in un sommergibile. Poi, nel 1909, fu usato per creare il primo pilota automatico.

Che cos’è un accelerometro?

Un accelerometro è un dispositivo compatto progettato per misurare l’accelerazione non gravitazionale. Quando l’oggetto in cui è integrato va da fermo a qualsiasi velocità, l’accelerometro è progettato per rispondere alle vibrazioni associate a tale movimento. Utilizza cristalli microscopici che vanno sotto stress quando si verificano vibrazioni, e da quello stress viene generata una tensione per creare una lettura su qualsiasi accelerazione. Gli accelerometri sono componenti importanti per i dispositivi che tengono traccia del fitness e di altre misurazioni nell’auto-movimento quantificato.

Il primo accelerometro fu chiamato macchina Atwood e fu inventato dal fisico inglese George Atwood nel 1783, secondo il libro “Practical MEMS” di Ville Kaajakari.

Usi di un giroscopio o accelerometro

La differenza principale tra i due dispositivi è semplice: uno può percepire la rotazione, mentre l’altro no. In un certo senso, l’accelerometro può misurare l’orientamento di un elemento stazionario rispetto alla superficie terrestre. Quando si accelera in una particolare direzione, l’accelerometro non è in grado di distinguere tra questo e l’accelerazione fornita attraverso l’attrazione gravitazionale terrestre. Se si dovesse considerare questo handicap quando viene utilizzato in un aereo, l’accelerometro perde rapidamente gran parte del suo fascino.

Il giroscopio mantiene il suo livello di efficacia essendo in grado di misurare la velocità di rotazione attorno a un particolare asse. Quando si misura la velocità di rotazione attorno all’asse di rollio di un aeromobile, identifica un valore effettivo fino a quando l’oggetto non si stabilizza. Utilizzando i principi chiave del momento angolare, il giroscopio aiuta a indicare l’orientamento. In confronto, l’accelerometro misura l’accelerazione lineare basata sulla vibrazione.

Il tipico accelerometro a due assi offre agli utenti una direzione di gravità in un aereo, smartphone, auto o altro dispositivo. In confronto, un giroscopio ha lo scopo di determinare una posizione angolare basata sul principio di rigidità dello spazio. Le applicazioni di ciascun dispositivo variano drasticamente nonostante il loro scopo simile. Un giroscopio, ad esempio, viene utilizzato nella navigazione su veicoli aerei senza equipaggio, bussole e grandi imbarcazioni, in ultima analisi, aiutando con stabilità nella navigazione. Gli accelerometri sono ugualmente diffusi nell’uso e possono essere trovati in ingegneria, macchinari, monitoraggio hardware, monitoraggio edilizio e strutturale, navigazione, trasporto e persino elettronica di consumo.

L’aspetto dell’accelerometro nel mercato dell’elettronica di consumo, con l’introduzione di dispositivi così diffusi come l’iPhone che lo utilizza per l’app compass integrata, ha facilitato la sua popolarità complessiva in tutte le vie del software. Determinare l’orientamento dello schermo, fungere da bussola e annullare le azioni semplicemente scuotendo lo smartphone sono alcune funzioni di base che si basano sulla presenza di un accelerometro. Negli ultimi anni, la sua applicazione tra l’elettronica di consumo si estende ora ai laptop personali.

Sensori in uso

L’utilizzo nel mondo reale illustra al meglio le differenze tra questi sensori. Gli accelerometri sono utilizzati per determinare l’accelerazione, anche se un accelerometro a tre assi potrebbe identificare l’orientamento di una piattaforma rispetto alla superficie terrestre. Tuttavia, una volta che la piattaforma inizia a muoversi, le sue letture diventano più complicate da interpretare. Ad esempio, in una caduta libera, l’accelerometro mostrerebbe accelerazione zero. In un aereo che esegue un angolo di banco di 60 gradi per un turno, un accelerometro a tre assi registrerebbe un’accelerazione verticale di 2 G, ignorando completamente l’inclinazione. In definitiva, un accelerometro non può essere utilizzato da solo per aiutare a mantenere gli aerei correttamente orientati.

Accelerometri invece trovano uso in una varietà di articoli elettronici di consumo. Ad esempio, tra i primi smartphone a farne uso è stato l’iPhone 3GS di Apple con l’introduzione di funzionalità come l’app compass e shake to undo, secondo Wired.

Un giroscopio sarebbe utilizzato in un aeromobile per aiutare a indicare la velocità di rotazione attorno all’asse del rullo dell’aeromobile. Mentre un aereo rotola, il giroscopio misurerà valori diversi da zero fino a quando la piattaforma non si livella, dopodiché leggerà un valore zero per indicare la direzione di “down.”Il miglior esempio di lettura di un giroscopio è quello dell’indicatore di altitudine su velivoli tipici. È rappresentato da un display circolare con lo schermo diviso a metà, la metà superiore è di colore blu per indicare il cielo e la parte inferiore è rossa per indicare la terra. Come un aereo banche per un turno, l’orientamento del display si sposterà con la banca per tenere conto della direzione effettiva del terreno.

L’uso previsto di ciascun dispositivo influenza in ultima analisi la loro praticità in ogni piattaforma utilizzata. Molti dispositivi beneficiano della presenza di entrambi i sensori, anche se molti si basano sull’uso di ma uno. A seconda del tipo di informazioni che è necessario raccogliere — accelerazione o orientamento — ogni dispositivo fornirà risultati diversi.

Segnalazione aggiuntiva di Alina Bradford, contributore di Live Science.

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