オブジェクトの位置と向きを決定するために、多くの異なる感覚装置が使用されています。 これらのセンサーの最も一般的なものは、ジャイロスコープと加速度計です。 目的は似ていますが、それらは異なるものを測定します。 単一の装置に結合されたとき、それらは情報の非常に強力な配列を作成してもいいです。

ジャイロスコープとは何ですか?

ジャイロスコープは、地球の重力を使って向きを決定する装置です。 その設計はより大きく、より安定した車輪の中心の回転の軸線に取付けられる回転子と呼出される自由回転ディスクから成っている。 軸が回転すると、回転子は静止したままになり、中央の重力の引きを示し、したがってどの方向が”ダウン”であるかを示す。ジョージア州立大学の研究ガイドによると、”

“ジャイロスコープの典型的なタイプの一つは、ジンバルと呼ばれる三つのリングの中に比較的巨大なロータを懸架することによって作られている”という。 “良質の座面のこれらの回転子のそれぞれを取付けることは少しだけトルクが中の回転子で出すことができることを保証する。”

ジャイロスコープは、19世紀にフランスの物理学者Jean-Bernard-Léon Foucaultによって最初に発明され、命名されました。 ブリタニカ百科事典によると、ドイツの発明者H.Anschütz-Kaempfeが最初の実行可能なジャイロコンパスを開発したのは1908年までではなかった。 それは潜水艇で使用されるために作成されました。 その後、1909年に、それは最初の自動操縦を作成するために使用されました。

加速度計とは何ですか?

加速度計は、非重力加速度を測定するために設計されたコンパクトなデバイスです。 統合されたオブジェクトが停止から任意の速度になると、加速度計はそのような動きに関連する振動に応答するように設計されています。 それは振動が起こるとき圧力の下で行き、その圧力から電圧があらゆる加速の読書を作成するために発生する顕微鏡の水晶を使用する。 加速度計は、定量化された自己運動におけるフィットネスやその他の測定値を追跡するデバイスにとって重要な構成要素です。

最初の加速度計はアトウッドマシンと呼ばれ、Ville Kaajakariの著書”Practical MEMS”によると、1783年にイギリスの物理学者George Atwoodによって発明されました。

ジャイロスコープまたは加速度計の使用

二つのデバイスの主な違いは単純です。 ある意味では、加速度計は、地球の表面との関係で静止したアイテムの向きを測定することができます。 特定の方向に加速するとき、加速度計はそれと地球の引力によって提供される加速度を区別することができません。 航空機で使用されたときにこのハンディキャップを考慮すると、加速度計はすぐにその魅力の多くを失います。

ジャイロスコープは、特定の軸の周りの回転速度を測定することができることにより、その有効性のレベルを維持します。 航空機のロール軸の周りの回転速度を測定するとき、オブジェクトが安定するまで実際の値を識別します。 角運動量の重要な原則を使用して、ジャイロスコープは向きを示すのに役立ちます。 これと比較して、加速度計は振動に基づいて線形加速度を測定します。

一般的な二軸加速度計は、航空機、スマートフォン、自動車、またはその他のデバイスの重力の方向をユーザーに与えます。 これと比較して、ジャイロスコープは、空間の剛性の原理に基づいて角度位置を決定することを意図している。 各装置の適用は同じような目的にもかかわらずかなり徹底的に変わる。 ジャイロスコープは、例えば、無人の空気車、コンパスおよび大きいボートの運行で使用され、最終的に運行の安定性と助ける。 加速度計は同様に広く使用されており、工学、機械、ハードウェア監視、建物および構造監視、ナビゲーション、輸送、さらには家電製品にも使用されています。

家電市場における加速度計の登場は、内蔵のcompassアプリに使用するiPhoneのような広範なデバイスの導入により、ソフトウェアのすべての道で全体的な人気 画面の向きを決定し、コンパスとして機能し、単にスマートフォンを振ってアクションを元に戻すことは、加速度計の存在に依存しているいくつかの 近年では、家電製品の中でそのアプリケーションは、個人的なラップトップに今拡張します。

使用中のセンサー

実際の使用状況は、これらのセンサーの違いを最もよく示しています。 加速度計は加速度を決定するために使用されますが、三軸加速度計は地球の表面に対するプラットフォームの向きを識別することができます。 しかし、そのプラットフォームが動き始めると、その読みは解釈がより複雑になります。 たとえば、自由落下では、加速度計はゼロ加速度を示します。 ターンのためにバンクの60度の角度を実行する航空機では、三軸加速度計は、傾きを完全に無視して、2Gの垂直加速度を登録します。 最終的には、加速度計を単独で使用して、航空機を適切に指向させるのを助けることはできません。

加速度計は、代わりに様々な消費者の電子アイテムに使用されています。 例えば、それを利用するための最初のスマートフォンの中でwiredによると、コンパスアプリなどの機能の導入と元に戻すために振ると、AppleのiPhone3GSでした。

ジャイロスコープは、航空機のロール軸の周りの回転速度を示すのに役立つ航空機で使用されます。 航空機が転がると同時に、ジャイロスコープはプラットホームが水平になるまで非ゼロ価値を測定し、そこで”の方向を示すためにゼロ価値を読む。”ジャイロスコープを読む最良の例は、典型的な航空機の高度インジケータのそれです。 これは、画面を半分に分割した円形のディスプレイで表され、上半分は空を示すために青色であり、下半分は地面を示すために赤色である。 ターンのための航空機バンクとして、ディスプレイの向きは、地面の実際の方向を考慮するために銀行とシフトします。

各デバイスの使用目的は、最終的に使用される各プラットフォームにおける実用性に影響を与えます。 多くのデバイスは、両方のセンサーの存在から利益を得ますが、多くは一方のセンサーの使用に依存しています。 収集する必要がある情報の種類(加速度または方向)に応じて、各デバイスは異なる結果を提供します。

Alina Bradford、ライブサイエンス寄稿者による追加報告。

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