Kontrolli i xhiroskopit. Si funksionon: xhiroskop

Telefonat inteligjentë dhe pajisjet e tjera celulare janë të pajisura me shumë funksione dhe sensorë interesantë. Një nga modulet kryesore është një sensor xhiroskop ose xhiroskop. Një risi e çuditshme në pajisje, e bërë në bazë të një sistemi mikroelektromekanik, bëri një hap të madh në përmirësimin e funksionalitetit dhe fitoi simpati të madhe midis përdoruesve. Origjina e fjalës "xhiroskop" ka një histori të gjatë. Ai qëndron për frazën "rreth" dhe "Unë shikoj".

Themeluesi i thënies së lashtë greke ishte fizikani francez Leon Foucault. Në shekullin e 19-të, ai po studionte rrotullimin ditor të Tokës dhe ky term ishte i përsosur për pajisjen e re. Sensorët xhiro përdoren nga linjat ajrore, transporti detar dhe astronautika. Kompania Apple, prodhues moderne Telefonat celular, ishte i pari që mori si bazë këtë funksionalitet dhe e zbatoi në iPhone 4. Pavarësisht se videoja e mëposhtme është në gjuhe angleze, një demonstrim teknologjik nga Steve Jobs është i kuptueshëm pa përkthim.

Tani, për t'iu përgjigjur thirrjeve në hyrje ose për të lëvizur nëpër faqe e-libër, thjesht tund telefonin. Falë pajisjes, fotot dhe imazhet e tjera shikohen shpejt dhe muzika ndryshon. Një aplikacion i ri në smartphone iPone i quajtur CoveFlow ju lejon të përdorni një kalkulator. Funksione të tilla si pjesëtimi, shumëzimi, mbledhja dhe zbritja tani kryhen lehtësisht. Kur e rrotulloni telefonin 90°, ky funksion kalon automatikisht në funksionalitet të avancuar me shumë operacione komplekse matematikore.

Së bashku me funksionet e thjeshta, zhvilluesit kanë futur ato më komplekse në pajisje. software. Për shembull, në disa sistemet operative Duke tundur telefonin, hapet një përditësim për Bluetooth ose hapet një program specifik për matjen e këndeve dhe niveleve të prirjes. Xhiroskopi merr parasysh në mënyrë të përkryer shpejtësinë e lëvizjes dhe përcakton vendndodhjen e një personi në terren të panjohur.

Nga pikëpamja teknike, një xhiroskop është një pajisje mjaft komplekse. Gjatë zhvillimit të tij, ne morëm si bazë parimin e funksionimit të një përshpejtuesi, i cili është një balonë me një burim dhe një peshë brenda. Një peshë është ngjitur në njërën anë të sustës dhe ana tjetër e sustës është e fiksuar në një amortizues për të zbutur dridhjet. Kur instrumenti matës tundet (përshpejtohet), masa e ngjitur lëviz dhe e tensionon sustën.

Luhatje të tilla mund të paraqiten në formën e të dhënave. Nëse vendosni tre përshpejtues të tillë pingul, mund të merrni një ide se si ndodhet një objekt në hapësirë. Meqenëse është teknikisht e mundur të vendosni një të tillë të rëndë pajisje matëse e pamundur në një smartphone, parimi i funksionimit mbeti i njëjtë, por ngarkesa u zëvendësua me një masë inerte, e cila ndodhet në një çip shumë të vogël. Gjatë përshpejtimit, pozicioni i masës inerciale ndryshon dhe kështu llogaritet pozicioni i telefonit inteligjent në hapësirë.

Me ndihmën e navigimit GPS, në ekran shfaqet një hartë që regjistron të njëjtin drejtim të objekteve për çdo rrotullim të trupit. Me fjalë të tjera, nëse jeni përballë një lumi, ai automatikisht do të shfaqet në hartë. Kur ktheni 180 gradë drejt një trupi uji, ndryshime të ngjashme ndodhin menjëherë në monitor. Përdorimi i këtij funksioni e bën më të lehtë lundrimin në zonë. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për njerëzit e përfshirë specie aktive rekreacion.

Falë gjurmimit të saktë të shpejtësisë së lëvizjes, kontrolli i smartfonëve bëhet më i përshtatshëm dhe harmonik. Amatorët shpesh përdorin xhiroskopë në Android Lojra kompjuterike- lojtarë. Një pajisje unike në pajisje i kthen menjëherë fotografitë në realitet. Lojërat garash, simulatorët, lojërat me qitje dhe Pokemon Go bëhen veçanërisht të besueshme.

Thjesht ndryshoni pozicionin e smartfonit tuaj dhe shpejtësinë e rrotullimit dhe drejtimi i një makine virtuale do t'ju duket reale. Heronjtë në ekran do të drejtojnë me saktësi automatikun, do të synojnë topin, do të kthejnë timonin, do të ngrenë helikopterin në ajër dhe do të vrasin armikun. Përbindëshat e xhepit nuk do të kërcejnë mbi barin virtual, por do të lëvizin nëpër botën reale në zonën e dukshme të kamerës së integruar.

Sigurisht, kjo nuk është e gjithë lista e karakteristikave pozitive të natyrshme Telefonat inteligjentë Android dhe iPhone. Lista e momenteve të këndshme dhe të përshtatshme është e pafundme. Sidoqoftë, jo të gjithë përdoruesit i vlerësuan cilësitë universale. Disa zgjodhën të braktisnin xhiroskopin në smartfonin e ri, të tjerët thjesht e fikën atë. Dhe ka një shpjegim për këtë.
Ndër avantazhet e shumta, ka disavantazhe delikate.

1. Një nga disavantazhet është instalimi i aplikacioneve individuale që reagojnë me një vonesë të vogël ndaj ndryshimeve në pozicionet në hapësirë. Duket si një gjë e vogël, por prania e këtij sensori shkakton shqetësime të caktuara për përdoruesit e smartphone. Disavantazhet janë veçanërisht të dukshme kur lexoni një e-libër ndërsa jeni shtrirë. Lexuesi ndryshon pozicionin e tij, në të njëjtën kohë, një sensor xhiro i lidhur me pajisjen ndryshon pozicionin e faqes. Duhet të rikonfigurojmë urgjentisht orientimin e tij.
2. Prodhuesit e telefonave inteligjentë në prezantimet e tyre në shumicën e rasteve heshtin për praninë e një sensori të rëndësishëm. Kur blini një model të ri, mund të zbulohet prania e një xhiroskopi Specifikimet teknike vegël në listën e sensorëve. Ka mënyra të tjera, për shembull, instalimi i klientit YouTube, i cili ju lejon të instaloni shpejt funksionalitetin. Duke përdorur aplikacionin AnTuTu Benchmark, Sensor Sense përcakton gjithashtu sensorin e integruar të xhiros ose mungesën e tij.

Elementi modern i një smartphone funksionon në mënyrë të vazhdueshme. Ky është një sensor i pavarur që nuk kërkon kalibrim. Nuk ka nevojë të ndizet ose fiket. Automatizimi do ta bëjë këtë punë për ju. Nëse pajisja mungon, nuk do të mund të luani realitetin virtual. Ju vetëm do të duhet të blini telefon i ri me funksione të integruara.

Në ditët e sotme, të gjithë telefonat inteligjentë janë të pajisur me të paktën një sensor, dhe më shpesh disa. Sensorët më të zakonshëm janë sensorët e afërsisë, ndriçimit dhe lëvizjes. Shumica e telefonave inteligjentë janë të pajisur me një përshpejtues që i përgjigjet lëvizjes së pajisjes në dy ose maksimum tre plane. Për të bashkëvepruar plotësisht me një kufje të realitetit virtual, ju nevojitet një xhiroskop që zbulon lëvizjet në çdo drejtim.

Xhiroskopi në një smartphone është një konvertues mikroelektromekanik i shpejtësive këndore në një sinjal elektrik. Me fjalë të tjera, ky sensor llogarit ndryshimin në këndin e prirjes në lidhje me boshtin kur pajisja rrotullohet.

Një xhiroskop i përket sistemeve mikroelektromekanike (MEMS), të cilat kombinojnë pjesë mekanike dhe elektronike. Çipat e tillë janë të madhësisë së rendit të disa milimetrave ose më pak.

Një xhiroskop konvencional përbëhet nga një objekt inercial që rrotullohet me shpejtësi rreth boshtit të tij. Kështu, ai ruan drejtimin e tij, dhe zhvendosja e objektit të kontrolluar matet duke ndryshuar pozicionin e pezullimeve. Një majë e tillë padyshim që nuk do të përshtatet në telefonat inteligjentë; në vend të kësaj përdoret MEMS.

Shndërrimi i lëvizjes mekanike në sinjal elektrik

Xhiroskopi më i thjeshtë me një bosht ka dy masa lëvizëse që lëvizin në drejtime të kundërta (tregohen me blu në figurë). Sapo zbatohet një shpejtësi këndore e jashtme, masa i nënshtrohet një force Coriolis, e cila drejtohet pingul me lëvizjen e tyre (të shënuar me portokalli).

Nën ndikimin e forcës Coriolis, masat zhvendosen me një sasi proporcionale me shpejtësinë e aplikuar. Ndryshimi i pozicionit të masave ndryshon distancën midis elektrodave lëvizëse (rotorët) dhe elektrodave të palëvizshme (statorëve), gjë që çon në një ndryshim në kapacitetin e kondensatorit dhe, në përputhje me rrethanat, tensionin në pllakat e tij, dhe ky është një sinjal elektrik. . Janë këto sinjale të shumta që njihen nga xhiroskopi MEMS, duke përcaktuar drejtimin dhe shpejtësinë e lëvizjes.

Llogaritja e orientimit të smartphone

Mikrokontrolluesi merr informacionin e tensionit dhe e shndërron atë në shpejtësi këndore për momentin. Madhësia e shpejtësisë këndore mund të përcaktohet me një saktësi të caktuar, për shembull, deri në 0.001 gradë për sekondë. Për të përcaktuar se sa gradë rreth boshtit është rrotulluar pajisja, është e nevojshme të shumëzoni shpejtësinë e menjëhershme me kohën midis dy leximeve të sensorit. Nëse përdorim një xhiroskop me tre boshte, do të marrim të dhëna për rrotullimet në lidhje me të tre akset, domethënë në këtë mënyrë mund të përcaktojmë orientimin e telefonit inteligjent në hapësirë.

Këtu vlen të theksohet se për të marrë vlerat e këndit, është e nevojshme të integrohen ekuacionet origjinale, të cilat përfshijnë shpejtësi këndore. Me çdo integrim gabimi rritet. Nëse llogaritni pozicionin vetëm duke përdorur një xhiroskop, atëherë me kalimin e kohës vlerat e llogaritura do të bëhen të pasakta.

Prandaj, në telefonat inteligjentë, për të përcaktuar me saktësi orientimin në hapësirë, nevojiten edhe të dhënat e akselerometrit. Ky sensor mat nxitimin linear, por nuk i përgjigjet kthesave. Të dy sensorët janë në gjendje të përshkruajnë plotësisht të gjitha llojet e lëvizjes. Avantazhi kryesor i një xhiroskopi mbi një përshpejtues është se ai i përgjigjet lëvizjes në çdo drejtim.

Pse keni nevojë për një xhiroskop në një smartphone?

Ky sensor ka marrë vëmendje të shtuar gjatë dy viteve të fundit, kur lojërat dhe aplikacionet e realitetit virtual filluan të zhvillohen në mënyrë aktive. Për ndërveprimin e përdoruesit me realitetin virtual, programi duhet të përcaktojë me saktësi pozicionin e personit në hapësirë. Tani edhe në shumicën smartfonë buxhetorëËshtë instaluar një përshpejtues, por leximet e tij shoqërohen me zhurmë, dhe sensori nuk i përgjigjet kthesave dhe lëvizjeve në planin horizontal. Prandaj, për zhytje të plotë në realitetin virtual, një smartphone duhet të ketë një xhiroskop dhe një përshpejtues.

Si të zbuloni nëse smartphone juaj ka një xhiroskop

Në mënyrë tipike, karakteristikat e një smartphone tregojnë se çfarë sensorë ka. Nëse dyshoni në vërtetësinë e informacionit, ata do t'ju ndihmojnë programe të veçanta. Për shembull, Sensor Box për Android tregon informacione për të gjithë sensorët e integruar. Xhiroskopi është caktuar si xhiroskop. Ka metoda të tjera që kemi përshkruar në këtë artikull.

Ju gjithashtu do të pëlqeni:

Pse nxehet një smartphone: 7 arsye të njohura

GIROSKOPI (nga greqishtja γ?ρος - rreth, rreth dhe σκοπ?ω - për të vëzhguar), një pajisje që bën lëvizje të shpejta ciklike (rrotulluese ose oshiluese) dhe për këtë arsye është e ndjeshme ndaj rrotullimit në hapësirën inerciale. Termi "xhiroskop" u propozua në 1852 nga J. B. L. Foucault për pajisjen që ai shpiku, i projektuar për të demonstruar rrotullimin e Tokës rreth boshtit të saj. Për një kohë të gjatë, termi "xhiroskop" është përdorur për t'iu referuar një trupi të ngurtë simetrik që rrotullohet me shpejtësi. Në teknologjinë moderne, një xhiroskop është elementi kryesor i të gjitha llojeve të pajisjeve ose instrumenteve xhiroskopike, i përdorur gjerësisht për kontrollin automatik të lëvizjes së avionëve, anijeve, silurëve, raketave, anijeve kozmike, robotëve të lëvizshëm, për qëllime lundrimi (kursi, kthesë, horizont , treguesit kardinal), për matjen e orientimit këndor të objekteve në lëvizje dhe në shumë raste të tjera (për shembull, kur kaloni boshte adit, ndërtoni metro, kur shponi puse).

Xhiroskop klasik. Sipas ligjeve të mekanikës së Njutonit, shpejtësia e rrotullimit të boshtit të një trupi të ngurtë simetrik që rrotullohet me shpejtësi në hapësirë ​​është në përpjesëtim të zhdrejtë me shpejtësinë e tij këndore dhe, për rrjedhojë, boshti xhiroskopik rrotullohet aq ngadalë sa në një interval të caktuar kohor mund të të përdoret si tregues i një drejtimi konstant në hapësirë.

Xhiroskopi më i thjeshtë është një majë, sjellja paradoksale e të cilit qëndron në rezistencën e tij ndaj ndryshimit të drejtimit të boshtit të rrotullimit. Nën ndikimin e një force të jashtme, boshti i majës fillon të lëvizë në një drejtim pingul me vektorin e forcës. Falë kësaj vetie, pjesa e sipërme rrotulluese nuk bie, dhe boshti i saj përshkruan një kon rreth vertikale. Kjo lëvizje quhet precesion i xhiroskopit. Nëse një palë forcash (P, P'), P' = -P, zbatohet në boshtin e një xhiroskopi të lirë që rrotullohet shpejt, me një moment M = Ph, ku h është krahu i çiftit të forcave (Fig. 1), atëherë (në kundërshtim me pritjet) xhiroskopi do të fillojë të rrotullohet shtesë jo rreth boshtit x, pingul me rrafshin e çiftit të forcave, por rreth boshtit y, i shtrirë në këtë plan dhe pingul me z- boshti i rrotullimit të xhiroskopit. Nëse në një moment të kohës veprimi i një çifti forcash ndalet, atëherë precesioni do të ndalet njëkohësisht, pra lëvizja precesionale e xhiroskopit është pa inerci. Në mënyrë që boshti i xhiroskopit të mund të rrotullohet lirshëm në hapësirë, xhiroskopi zakonisht fiksohet në unazat e një gimbali (Fig. 2), i cili është një sistem trupash të ngurtë (korniza, unaza) të lidhur në seri me menteshat cilindrike. Zakonisht, në mungesë të gabimeve teknologjike, akset e kornizave të gjimbaleve kryqëzohen në një pikë - qendra e pezullimit. Një trup simetrik rrotullimi (rotori) i fiksuar në një pezullim të tillë ka tre shkallë lirie dhe mund të bëjë çdo rrotullim rreth qendrës së pezullimit. Një xhiroskop, qendra e masës së të cilit përkon me qendrën e pezullimit quhet i balancuar, statik ose i lirë. Studimi i ligjeve të lëvizjes së një xhiroskopi klasik është një problem i dinamikës së trupit të ngurtë.

Karakteristika kryesore sasiore e rotorit të një xhiroskopi mekanik është vektori i tij i momentit të tij kinetik, i quajtur gjithashtu momenti këndor ose momenti këndor,

ku I është momenti i inercisë së rotorit të xhiroskopit në lidhje me boshtin e rrotullimit të tij, Ω është shpejtësia këndore e rrotullimit të vetë xhiroskopit në raport me boshtin e simetrisë.

Lëvizja e ngadaltë e vektorit të momentit këndor të vetë xhiroskopit nën ndikimin e momenteve të forcave të jashtme, i quajtur precesion i xhiroskopit, përshkruhet nga ekuacioni

ω x Η = Μ, (2)

ku ω është vektori i shpejtësisë këndore të precesionit, H është vektori i momentit këndor të vetë xhiroskopit, M është përbërësi i vektorit të çift rrotullues të forcave të jashtme të aplikuara në xhiroskopin ortogonal ndaj H.

Momenti i forcave të aplikuara nga rotori në kushinetat e boshtit të rrotullimit të vetë rotorit, i cili ndodh kur drejtimi i boshtit ndryshon dhe përcaktohet nga ekuacioni

М g = -М = Η x ω, (3)

i quajtur moment xhiroskopik.

Përveç lëvizjeve të ngadalta precesionale, boshti i xhiroskopit mund të kryejë lëkundje të shpejta me amplitudë të vogël dhe Frekuencë e lartë- të ashtuquajturat nutacione. Për një xhiroskop të lirë me një rotor dinamikisht simetrik në një pezullim pa inerci, frekuenca e lëkundjeve nutational përcaktohet nga formula

ku A është momenti i inercisë së rotorit në lidhje me një bosht ortogonal me boshtin e rrotullimit të tij dhe që kalon nga qendra e masës së rotorit. Në prani të forcave të fërkimit, dridhjet nutational zakonisht prishen mjaft shpejt.

Gabimi i xhiroskopit matet me shpejtësinë me të cilën boshti i tij largohet nga pozicioni i tij origjinal. Sipas ekuacionit (2), sasia e zhvendosjes, e quajtur gjithashtu drift, është proporcionale me momentin e forcës M në lidhje me qendrën e pezullimit të xhiroskopit:

ω х = М/Н (4)

Humbja ω χ zakonisht matet në shkallë harku në orë. Nga formula (4) rezulton se një xhiroskop i lirë funksionon në mënyrë ideale vetëm nëse momenti i jashtëm M është i barabartë me 0. Në këtë rast, shpejtësia këndore e precesionit bëhet zero dhe boshti i rrotullimit të tij do të përkojë saktësisht me drejtimin konstant në hapësirë ​​inerciale.

Sidoqoftë, në praktikë, çdo mjet i përdorur për të pezulluar rotorin e xhiroskopit shkakton momente të padëshiruara të jashtme me madhësi dhe drejtim të panjohur. Formula (4) përcakton mënyrat për të rritur saktësinë e një xhiroskopi mekanik: është e nevojshme të zvogëlohet momenti "i dëmshëm" i forcave M dhe të rritet momenti kinetik N. Kur zgjidhni shpejtësinë këndore të një xhiroskopi, është e nevojshme të merret parasysh llogarisin një nga kufizimet kryesore që lidhen me kufijtë e forcës së materialit të rotorit për shkak të forcave centrifugale që lindin gjatë forcës së rrotullimit Kur rotori përshpejtohet mbi të ashtuquajturën shpejtësi këndore të lejuar, fillon procesi i shkatërrimit të tij.

Xhiroskopët më të mirë modernë kanë një zhvendosje të rastësishme prej rreth 10 -4 -10 -5 °/h. Boshti i xhiroskopit, me një gabim prej 10 -5 °/h, bën një rrotullim të plotë prej 360 ° në 4 mijë vjet! Saktësia e balancimit të xhiroskopit me një gabim prej 10 -5 °/h duhet të jetë më e lartë se një e dhjetë e mijëta e mikrometrit (10 -10 m), domethënë, zhvendosja e qendrës së masës së rotorit nga qendra e pezullimit duhet të mos kalojë një vlerë në rendin e diametrit të një atomi hidrogjeni.

Pajisjet xhiroskopike mund të ndahen në fuqi dhe matje. Pajisjet e fuqisë shërbejnë për krijimin e momenteve të forcës së aplikuar në bazën mbi të cilën është instaluar pajisja xhiroskopike; ato matëse janë krijuar për të përcaktuar parametrat e lëvizjes së bazës (parametrat e matur mund të jenë këndet e rrotullimit të bazës, projeksionet e vektorit të shpejtësisë këndore, etj.).

Hera e parë që një xhiroskop i balancuar gjeti aplikim praktik ishte në 1898 në një pajisje për stabilizimin e rrjedhës së një silur, e shpikur nga inxhinieri austriak L. Aubry. Pajisje të ngjashme në versione të ndryshme filluan të përdoren në vitet 1920 në aeroplanë për të treguar drejtimin (xhiroskopi i drejtimit, xhiro-busullat), dhe më vonë për të kontrolluar lëvizjen e raketave. Figura 3 tregon një shembull të përdorimit të një xhiroskopi me tre shkallë lirie në një tregues të drejtimit të aviacionit (gjiro-gjysmë-busull). Rrotullimi i rotorit në kushinetat e topit krijohet dhe mbështetet nga një rrymë ajri i ngjeshur i drejtuar në sipërfaqen e brazda të buzës. Duke përdorur shkallën e azimutit të bashkangjitur në kornizën e jashtme, mundeni, duke vendosur boshtin e rrotullimit të vetë rotorit paralel me rrafshin e bazës së pajisjes, të vendosni vlerën e kërkuar të azimutit. Fërkimi në kushineta është i parëndësishëm, kështu që boshti i rrotullimit të rotorit mban një pozicion të caktuar në hapësirë. Duke përdorur shigjetën e bashkangjitur në bazë, mund të kontrolloni rrotullimin e avionit në shkallën azimuth.

Horizonti xhiro, ose horizonti artificial, i cili lejon pilotin të mbajë avionin e tij në një pozicion horizontal kur horizonti natyror nuk është i dukshëm, bazohet në përdorimin e një xhiroskopi me një bosht rrotullimi vertikal që ruan drejtimin e tij kur avioni është anuar. Autopilotët përdorin dy xhiroskopë me boshte rrotullimi horizontal dhe vertikal; e para shërben për të ruajtur drejtimin e avionit dhe kontrollon timonët vertikalë, e dyta - për të ruajtur pozicion horizontal avioni dhe kontrollon timonet horizontale.

Duke përdorur një xhiroskop, janë krijuar sisteme autonome të navigimit inercial (INS), të projektuara për të përcaktuar koordinatat, shpejtësinë dhe orientimin e një objekti në lëvizje (anije, aeroplan, anije kozmike, etj.) pa përdorur asnjë informacion të jashtëm. Përveç xhiroskopit, INS përfshin përshpejtues të projektuar për të matur nxitimin (mbingarkimin) e një objekti, si dhe një kompjuter që integron sinjalet dalëse të akselerometrit me kalimin e kohës dhe ofron informacione navigimi duke marrë parasysh leximet e xhiroskopit. Nga fillimi i shekullit të 21-të, janë krijuar ANN të tilla të sakta që nuk kërkohen më rritje të mëtejshme të saktësisë për të zgjidhur shumë probleme.

Zhvillimi i teknologjisë xhiroskopike në dekadat e fundit është përqendruar në kërkimin e zonave jokonvencionale të aplikimit të pajisjeve xhiroskopike - eksplorimin e mineraleve, parashikimin e tërmeteve, matje ultra precize të koordinatave të shinave hekurudhore dhe tubacioneve të naftës, pajisje mjekësore dhe shumë më tepër.

Llojet jo klasike të xhiroskopëve. Kërkesat e larta për saktësinë dhe karakteristikat funksionale të pajisjeve xhiroskopike kanë çuar jo vetëm në përmirësime të mëtejshme të xhiroskopit klasik me një rotor rrotullues, por edhe në kërkimin e ideve thelbësisht të reja për të zgjidhur problemin e krijimit të sensorëve të ndjeshëm për treguesin dhe matjen këndore. lëvizjet e një objekti në hapësirë. Kjo u lehtësua nga sukseset e elektronikës kuantike, fizikës bërthamore dhe fushave të tjera të shkencave ekzakte.

Një xhiroskop i mbështetur nga ajri zëvendëson kushinetat e topit të përdorur në një vizë tradicionale me një "jastëk gazi" (mbështetje dinamike me gaz). Kjo eliminoi plotësisht konsumimin e materialit mbështetës gjatë funksionimit dhe bëri të mundur rritjen e jetës së shërbimit të pajisjes pothuajse për një kohë të pacaktuar. Disavantazhet e mbështetësve të gazit përfshijnë humbje mjaft të mëdha të energjisë dhe mundësinë e dështimit të papritur nëse rotori bie aksidentalisht në kontakt me sipërfaqen mbështetëse.

Një xhiroskop notues është një xhiroskop rrotullues në të cilin, për të shkarkuar kushinetat e pezullimit, të gjithë elementët lëvizës peshohen në një lëng me densitet të lartë, në mënyrë që pesha e rotorit së bashku me shtresën e jashtme të balancohet nga forcat hidrostatike. Falë kësaj, fërkimi i thatë në akset e pezullimit zvogëlohet me shumë shkallë të madhësisë dhe rezistenca ndaj goditjes dhe dridhjeve të pajisjes rritet. Shtresë e mbyllur, e cila vepron si korniza e brendshme e gimbalit, quhet notues. Rotori i xhiroskopit brenda notit rrotullohet në një jastëk ajri në kushineta aerodinamike me një shpejtësi prej rreth 30-60 mijë rrotullime në minutë. Për të rritur saktësinë e pajisjes, është e nevojshme të përdorni një sistem stabilizimi termik. Një xhiroskop notues me fërkim të lartë të lëngut viskoz quhet gjithashtu një xhiroskop integrues.

Një xhiroskop i sintonizueshëm dinamikisht (DTG) i përket klasës së xhiroskopëve me një pezullim elastik të rotorit, në të cilin liria e lëvizjeve këndore të boshtit të rrotullimit të tij sigurohet për shkak të përputhshmërisë elastike të elementeve strukturorë (për shembull, shufrat e rrotullimit) . Në DNG, ndryshe nga xhiroskopi klasik, përdoret i ashtuquajturi pezullim i brendshëm i kardanit (Fig. 4), i formuar nga një unazë e brendshme 2, e cila është ngjitur nga brenda me shufra rrotullimi 4 në boshtin e motorit elektrik. 5, dhe nga jashtë me shufra rrotullimi 3 në rotor 1. Momenti i fërkimit në pezullim manifestohet vetëm si rezultat i fërkimit të brendshëm në materialin e shufrave rrotulluese elastike. Në DNG, për shkak të zgjedhjes së momenteve të inercisë së kornizave të pezullimit dhe shpejtësisë këndore të rrotullimit të rotorit, kompensohen momentet elastike të pezullimit të aplikuar në rotor. Përparësitë e DNG-ve përfshijnë madhësinë e tyre në miniaturë, mungesën e kushinetave me momente specifike fërkimi të pranishme në një pezullim klasik të gjimbalit, stabilitet të lartë të leximeve dhe kosto relativisht të ulët.

Oriz. 4. Xhiroskop i rregullueshëm dinamikisht me pezullim të brendshëm të gjilpërave: 1 - rotor; 2 - unazë e brendshme; 3 dhe 4 - shufra rrotullimi; 5 - motor elektrik.

Një xhiroskop lazer unazor (RLG), i quajtur gjithashtu një xhiroskop kuantik, krijohet në bazë të një lazeri me një rezonator unazor, në të cilin valët elektromagnetike kundërpërhapëse përhapen njëkohësisht përgjatë një qarku optik të mbyllur. Përparësitë e KLG përfshijnë mungesën e një rotori rrotullues, kushinetat e ekspozuara ndaj forcave të fërkimit dhe saktësinë e lartë.

Një xhiroskop me fibër optike (FOG) është një interferometër me fibër optike në të cilin përhapen valët elektromagnetike kundërshpërndarëse. FOG është një konvertues analog i shpejtësisë këndore të rrotullimit të bazës në të cilën është instaluar në një sinjal elektrik dalës.

Një xhiroskop me valë në gjendje të ngurtë (SWG) bazohet në përdorimin e vetive inerte të valëve elastike në një trup të ngurtë. Një valë elastike mund të përhapet në një mjedis të vazhdueshëm pa ndryshuar konfigurimin e saj. Nëse valët në këmbë të dridhjeve elastike ngacmohen në një rezonator bosht-simetrik, atëherë rrotullimi i bazës mbi të cilën është instaluar rezonatori bën që vala në këmbë të rrotullohet përmes një këndi më të vogël, por të njohur. Lëvizja përkatëse e valës në tërësi quhet precesion. Shpejtësia e precesionit të një vale në këmbë është proporcionale me projeksionin e shpejtësisë këndore të rrotullimit të bazës në boshtin e simetrisë së rezonatorit. Përparësitë e VTG përfshijnë: raportin e lartë të saktësisë/çmimit; aftësia për të përballuar mbingarkesat e rënda, kompaktësinë dhe peshën e ulët, intensitetin e ulët të energjisë, kohën e shkurtër të gatishmërisë, varësinë e dobët nga temperatura e ambientit.

Një xhiroskop vibrues (VG) bazohet në vetinë e një piruni akordues për të ruajtur rrafshin e dridhjeve të këmbëve të tij. Në këmbën e një piruni akordues lëkundëse të montuar në një platformë që rrotullohet rreth boshtit të simetrisë së pirunit akordues, lind një moment periodik i forcës, frekuenca e të cilit është e barabartë me frekuencën e dridhjes së këmbëve, dhe amplituda është proporcionale në shpejtësinë këndore të rrotullimit të platformës. Prandaj, duke matur amplituda e këndit të kthesës së këmbës së pirunit akordues, mund të gjykohet shpejtësia këndore e platformës. Disavantazhet e VG përfshijnë paqëndrueshmërinë e leximeve për shkak të vështirësive të matjes me saktësi të lartë të amplitudës së lëkundjeve të këmbëve, si dhe faktin se ato nuk funksionojnë në kushte dridhjesh, gjë që pothuajse gjithmonë shoqëron vendet e instalimit të pajisjeve. në objekte në lëvizje. Ideja e një xhiroskopi me pirun akordues stimuloi një linjë të tërë kërkimesh për lloje të reja xhiroskopësh duke përdorur efektin piezoelektrik ose dridhjet e lëngjeve ose gazeve në tuba të lakuar posaçërisht dhe të ngjashme.

Xhiroskopi mikromekanik (MMG) i referohet xhiroskopëve me precizion të ulët (nën 10 -1 °/h). Kjo zonë tradicionalisht është konsideruar jopremtuese për problemet e kontrollit të objekteve në lëvizje dhe lundrimit. Por në fund të shekullit të 20-të, zhvillimi i MMG-ve u bë një nga fushat më intensive të zhvilluara të teknologjisë xhiroskopike, e lidhur ngushtë me teknologjitë moderne të silikonit. Një MMG është një lloj çipi elektronik me një substrat kuarci me një sipërfaqe prej disa milimetra katrorë, mbi të cilin aplikohet një vibrator i sheshtë si një pirun akordimi duke përdorur fotolitografi. Saktësia e MMG-ve moderne është e ulët dhe arrin 10 1 -10 2 °/h, por kostoja jashtëzakonisht e ulët e elementëve sensorë mikromekanikë është e një rëndësie vendimtare. Falë përdorimit të mirë-zhvilluar teknologjive moderne prodhimi masiv i mikroelektronikës hap mundësinë e përdorimit të MMG në zona krejtësisht të reja: makina dhe dylbi, teleskopë dhe video kamera, minj dhe levë. kompjuterët personalë, pajisje të lëvizshme robotike dhe madje edhe lodra për fëmijë.

Xhiroskopi pa kontakt i referohet pajisjeve xhiroskopike me precizion ultra të lartë (10 -6 -5·10 -4 °/h). Zhvillimi i një xhiroskopi me gjimbathë pa kontakt filloi në mesin e shekullit të 20-të. Në gjimbajtë pa kontakt realizohet gjendja e levitacionit, d.m.th., një gjendje në të cilën rotori i xhiroskopit "noton" në fushën e forcës së gjimbalit pa asnjë kontakt mekanik me trupat përreth. Ndër xhiroskopët pa kontakt, dallohen xhiroskopët me pezullime të rotorit elektrostatike, magnetike dhe kriogjenike. Në një xhiroskop elektrostatik, një rotor sferik i beriliumit përçues është i pezulluar në një zgavër të evakuuar në një fushë elektrike të kontrolluar të krijuar nga një sistem elektrodash. Në një xhiroskop kriogjenik, një rotor sferik i niobiumit superpërçues është i pezulluar në një fushë magnetike; Vëllimi i punës i xhiroskopit ftohet në temperatura ultra të ulëta, në mënyrë që rotori të shkojë në një gjendje superpërcjellëse. Një xhiroskop me një pezullim të rezonancës magnetike të rotorit është një analog i një xhiroskopi me një pezullim elektrostatik të rotorit, në të cilin fusha elektrike zëvendësohet nga një fushë magnetike dhe rotori i beriliumit zëvendësohet nga një ferrit. Xhiroskopët modernë me pezullime pa kontakt janë pajisje shumë komplekse që përfshijnë përparimet më të fundit teknologjike.

Krahas llojeve të xhiroskopëve të listuar më sipër, është punuar dhe po punohet edhe në lloje ekzotike të xhiroskopëve, si xhiroskopi jonik, xhiroskopi bërthamor etj.

Probleme matematikore në teorinë e xhiroskopit. Bazat matematikore të teorisë së xhiroskopit u hodhën nga L. Euler në vitin 1765 në veprën e tij “Theoria motus corporum solidorum sue rigidorum”. Lëvizja e një xhiroskopi klasik përshkruhet nga një sistem ekuacionesh diferenciale të rendit të 6-të, zgjidhja e të cilit është bërë një nga problemet më të famshme matematikore. Ky problem i përket seksionit të teorisë së lëvizjes rrotulluese të një trupi të ngurtë dhe është një përgjithësim i problemeve që mund të zgjidhen plotësisht me mjete të thjeshta të analizës klasike. Sidoqoftë, është aq e vështirë sa është ende larg përfundimit, pavarësisht rezultateve të marra nga matematikanët më të mëdhenj të shekujve 18-20. Pajisjet moderne xhiroskopike kërkonin zgjidhjen e problemeve të reja matematikore. Lëvizja e xhiroskopëve pa kontakt u bindet ligjeve të mekanikës me saktësi të lartë, prandaj, duke zgjidhur ekuacionet e lëvizjes së një xhiroskopi duke përdorur një kompjuter, mund të parashikohet me saktësi pozicioni i boshtit të xhiroskopit në hapësirë. Falë kësaj, zhvilluesit e xhiroskopëve pa kontakt nuk duhet të balancojnë rotorin me një saktësi prej 10 -10 m, gjë që është e pamundur të arrihet me nivelin aktual të teknologjisë. Mjafton të maten me saktësi gabimet e prodhimit të rotorit të një xhiroskopi të caktuar dhe të futen korrigjimet e duhura në programet e përpunimit të sinjalit të xhiroskopit. Ekuacionet e lëvizjes së xhiroskopit të marra duke marrë parasysh këto korrigjime rezultojnë të jenë shumë komplekse dhe për zgjidhjen e tyre është e nevojshme të përdoren shumë kompjuterë të fuqishëm, duke përdorur algoritme të bazuara në përparimet më të fundit në matematikë. Zhvillimi i programeve për llogaritjen e lëvizjes së një xhiroskopi me xhiroskopë pa kontakt mund të rrisë ndjeshëm saktësinë e xhiroskopit, dhe rrjedhimisht saktësinë e përcaktimit të vendndodhjes së objektit në të cilin janë instaluar këta xhiroskopë.

Lit.: Magnus K. Xhiroskopi. Teoria dhe zbatimi. M., 1974; Ishlinsky A. Yu. Orientimi, xhiroskopët dhe navigimi inercial. M., 1976; Klimov D. M., Kharlamov S. A. Dinamika e një xhiroskopi në një pezullim gimbal. M., 1978; Ishlinsky A. Yu., Borzov V. I., Stepanenko N. P. Leksione mbi teorinë e xhiroskopëve. M., 1983; Novikov L.Z., Shatalov M.Yu. Mekanika e xhiroskopëve të akorduar në mënyrë dinamike. M., 1985; Zhuravlev V.F., Klimov D.M. Xhiroskop me valë në gjendje të ngurtë. M., 1985; Martynenko Yu. G. Lëvizja e një trupi të ngurtë në fushat elektrike dhe magnetike. M., 1988.

Kur përpiqeni të ktheni një trup rrotullues, lind një forcë që vepron pingul me forcën që aplikoni ndaj tij. Në foton e dytë mund të shihni se kur pjesët e rrotës, të treguara nga pikat A dhe B, rrotullohen 90 gradë, ato priren të rrotullojnë rrotën në drejtim të akrepave të orës në rrafshin e ekranit. Ky quhet precesion. Për shkak të kësaj force, boshti i majës lëviz gjithmonë në një rreth, nëse nuk lëshohet pa probleme, shumë jo intuitive.

Le të ëndërrojmë verën, imagjinoni se po ngasim një biçikletë. Mund ta shohim qartë rrotën e përparme, pothuajse nga lart. Nëse përpiqemi të kthehemi, për shembull, në të majtë, atëherë zbatojmë forcë në boshtin e rrotës. Ato pjesë të timonit që janë aktualisht përpara u jepet një impuls i drejtuar në të majtë, dhe pjesët e pasme rrota ka një impuls në të djathtë.

Por, duke qenë se ne ecim shpejt dhe rrota rrotullohet, pjesa që ishte përpara përfundon prapa, dhe impulsi i vogël që arritëm t'i japim kësaj pjese të timonit, tani funksionon në drejtim të kundërt dhe e kthen atë në drejtim i kundërt.

Rezulton se për shkak të rrotullimit të timonit, ne e pengojmë veten ta kthejmë atë. Domethënë, forca që aplikojmë për të rrotulluar timonin na kthehet pas gjysmë rrotullimi të timonit.

Çdo objekt rrotullues mund të quhet xhiroskop. Ai kundërshton devijimin e boshtit të rrotullimit dhe njerëzit e përdorin atë në mënyrë aktive:

Në kontrollorët modernë konsolat e lojërave Dhe iPhone 4 ka xhiroskopë, por ato janë krijuar në një parim krejtësisht të ndryshëm.

Në pajisjet e navigimit në aeroplanë dhe anije kozmike. Një xhiroskop i balancuar mirë në menteshat speciale, i instaluar në një aeroplan, ruan gjithmonë pozicionin e tij në hapësirë; asnjë aeroba nuk do ta rrëzojë atë. Kjo i lejon instrumentet e avionit të dinë gjithmonë se cila drejtim është poshtë.

Në krahë. Plumbi rrotullohet kur qëllohet, gjë që i jep një stabilitet shumë më të madh, gjë që rrit shumë saktësinë e të shtënave.

Rrotat e biçikletës ose motoçikletës funksionojnë si xhiroskopë dhe kjo e pengon kalorësin të bjerë. Është më e vështirë të ngasësh një biçikletë ngadalë sesa shpejt, sepse me shpejtësi të madhe rrotat rrotullohen më shpejt dhe e bëjnë atë më të qëndrueshme.

Ka shumë lodra ku pjesa kryesore është një xhiroskop: të gjitha llojet e majave dhe yo-yo me të cilat mund të bëni truket e mëposhtme:

Xhiroskopi i shpikur nga Foucault (i ndërtuar nga Dumolin-Froment, 1852)

Para shpikjes së xhiroskopit, njerëzimi përdorte metoda të ndryshme për përcaktimin e drejtimit në hapësirë. Që nga kohërat e lashta, njerëzit janë udhëhequr vizualisht nga objekte të largëta, veçanërisht nga Dielli. Tashmë në kohët e lashta, u shfaqën instrumentet e para: një linjë plumbash dhe një nivel i bazuar në gravitetin. Në mesjetë, një busull u shpik në Kinë, duke përdorur magnetizmin e Tokës. Në Evropë, astrolabi dhe instrumentet e tjera u krijuan në bazë të pozicioneve të yjeve.

Avantazhi i xhiroskopit ndaj pajisjeve më të lashta ishte se ai funksiononte në mënyrë korrekte në kushte të vështira (dukshmëri e dobët, dridhje, ndërhyrje elektromagnetike). Sidoqoftë, rrotullimi i xhiroskopit u ngadalësua shpejt për shkak të fërkimit.

Në gjysmën e dytë të shekullit të 19-të, u propozua të përdorej një motor elektrik për të përshpejtuar dhe ruajtur rrotullimin e xhiroskopit. Xhiroskopi u përdor për herë të parë në praktikë në vitet 1880 nga inxhinieri Aubrey për të stabilizuar rrjedhën e një silur. Në shekullin e 20-të, xhiroskopët filluan të përdoren në aeroplanë, raketa dhe nëndetëse në vend të ose në lidhje me një busull.

Klasifikimi

Llojet kryesore të xhiroskopëve sipas numrit të shkallëve të lirisë:

• me dy faza,
• tre shkallësh.

Ekzistojnë dy lloje kryesore të xhiroskopëve bazuar në parimin e funksionimit të tyre:

• xhiroskopët mekanikë,
• xhiroskopët optikë.

Xhiroskopët mekanikë

Ndër xhiroskopët mekanikë, ai bie në sy xhiroskop rrotullues- një trup i ngurtë që rrotullohet me shpejtësi (rotori), boshti i rrotullimit të të cilit mund të ndryshojë lirisht orientimin në hapësirë. Në këtë rast, shpejtësia e rrotullimit të xhiroskopit tejkalon ndjeshëm shpejtësinë e rrotullimit të boshtit të tij të rrotullimit. Vetia kryesore e një xhiroskopi të tillë është aftësia për të mbajtur një drejtim konstant të boshtit të rrotullimit në hapësirë ​​në mungesë të ndikimit të momenteve të forcave të jashtme mbi të dhe për t'i rezistuar në mënyrë efektive veprimit të momenteve të jashtme të forcave. Kjo veti përcaktohet kryesisht nga shpejtësia këndore e rrotullimit të vetë xhiroskopit.

Për herë të parë kjo pronë u përdor nga Foucault në. Ishte falë këtij demonstrimi që xhiroskopi mori emrin e tij nga fjalët greke "rotacion", "vëzhgo".

Karakteristikat e një xhiroskopi me rotor me tre shkallë

Precesioni i një xhiroskopi mekanik.

pra është në përpjesëtim të zhdrejtë me shpejtësinë e rrotullimit të xhiroskopit.

Xhiroskopët me dridhje

Xhiroskopët vibrues janë pajisje që ruajnë rrafshin e dridhjeve të tyre kur baza rrotullohet. Ky lloj xhiroskopi është shumë më i thjeshtë dhe më i lirë me saktësi të krahasueshme në krahasim me një xhiroskop rrotullues. Në literaturën e huaj, përdoret gjithashtu termi "xhiroskopë me dridhje Coriolis" - pasi parimi i funksionimit të tyre bazohet në efektin e forcës Coriolis, si xhiroskopët rrotullues.
Për shembull, xhiroskopët e dridhjeve përdoren në sistemin e matjes së pjerrësisë së skuterit elektrik Segway. Sistemi përbëhet nga pesë xhiroskopë vibrues, të dhënat e të cilëve përpunohen nga dy mikroprocesorë.
Është ky lloj xhiroskopi që përdoret në pajisje celulare, në veçanti, në iPhone 4 dhe të tjerët.

Parimi i funksionimit

Dy pesha të varura dridhen në një aeroplan në një xhiroskop MEMS me një frekuencë prej .

Kur xhiroskopi rrotullohet, një nxitim Coriolis ndodh i barabartë me , ku është shpejtësia dhe është frekuenca këndore e rrotullimit të xhiroskopit. Shpejtësia horizontale e peshës lëkundëse fitohet si: , kurse pozita e peshës në rrafsh është . Lëvizja jashtë planit e shkaktuar nga rrotullimi i xhiroskopit është e barabartë me:

ku: është masa e peshës lëkundëse. - koeficienti i ngurtësisë së sustës në drejtim pingul me rrafshin. - sasia e rrotullimit në rrafshin pingul me lëvizjen e peshës lëkundëse.

Varietetet

Xhiroskopi në MAKS-2009

Xhiroskopët optikë

Ato ndahen në xhiroskopë me fibra optike dhe lazer. Parimi i funksionimit bazohet në efektin Sagnac, i zbuluar në 1913. Teorikisht, shpjegohet duke përdorur SRT. Sipas STR, shpejtësia e dritës është konstante në çdo kornizë inerciale të referencës. Ndërsa në një sistem joinercial mund të ndryshojë nga c. Kur dërgoni një rreze drite në drejtim të rrotullimit të pajisjes dhe kundër drejtimit të rrotullimit, ndryshimi në kohën e mbërritjes së rrezeve (i përcaktuar nga interferometri) bën të mundur gjetjen e ndryshimit në shtigjet optike të rrezeve. në sistemin e referencës inerciale, dhe, rrjedhimisht, sasia e rrotullimit këndor të pajisjes gjatë kalimit të rrezes. Madhësia e efektit është drejtpërdrejt proporcionale me shpejtësinë këndore të rrotullimit të interferometrit dhe zonën e mbuluar nga përhapja e valëve të dritës në interferometër:

ku është diferenca në kohën e mbërritjes së rrezeve të lëshuara në drejtime të ndryshme, është zona e konturit dhe është shpejtësia këndore e rrotullimit të xhiroskopit. Meqenëse vlera është shumë e vogël, matja e drejtpërdrejtë e saj duke përdorur interferometra pasivë është e mundur vetëm në xhiroskopët me fibra optike me gjatësi fibër 500-1000 m. Në një interferometër unazor rrotullues të një xhiroskopi lazer, mund të matet zhvendosja fazore e valëve kundërshpërndarëse. e barabartë me:

ku është gjatësia e valës.

Aplikimi i xhiroskopëve në teknologji

Diagrami i një xhiroskopi të thjeshtë mekanik në një gimbal

Karakteristikat e një xhiroskopi përdoren në pajisje - xhiroskopë, pjesa kryesore e të cilave është një rotor që rrotullohet me shpejtësi, i cili ka disa shkallë lirie (akset e rrotullimit të mundshëm).

Më të përdorurit janë xhiroskopët e vendosur në gjimbathë. Xhiroskopë të tillë kanë 3 shkallë lirie, domethënë mund të bëjnë 3 rrotullime të pavarura rreth boshteve të tij. AA", BB" Dhe CC", duke u kryqëzuar në qendër të pezullimit RRETH, e cila mbetet në lidhje me bazën A i palëvizshëm.

Sistemet e stabilizimit

Sistemet e stabilizimit vijnë në tre lloje kryesore.

• Sistemi stabilizimi i forcës(në xhiroskopë me dy faza).

Një xhiroskop nevojitet për stabilizimin rreth çdo aksi. Stabilizimi kryhet nga një xhiroskop dhe një motor shkarkimi; në fillim vepron momenti xhiroskopik dhe më pas lidhet motori i shkarkimit.

• Sistemi i stabilizimit të fuqisë treguese (në xhiroskopët me dy hapa).

Një xhiroskop nevojitet për stabilizimin rreth çdo aksi. Stabilizimi kryhet vetëm duke shkarkuar motorët, por në fillim shfaqet një moment i vogël xhiroskopik, i cili mund të neglizhohet.

• Sistemi i stabilizimit të treguesve (në xhiroskopët me tre shkallë)

Për të stabilizuar rreth dy boshteve, nevojitet një xhiroskop. Stabilizimi kryhet vetëm duke shkarkuar motorët.

Llojet e reja të xhiroskopëve

Kërkesat në rritje të vazhdueshme për saktësinë dhe karakteristikat e performancës së xhiro-pajisjeve kanë detyruar shkencëtarët dhe inxhinierët nga shumë vende të botës jo vetëm të përmirësojnë xhiroskopët klasikë me një rotor rrotullues, por edhe të kërkojnë ide thelbësisht të reja që zgjidhin problemin e krijimit të ndjeshmërisë. sensorë për matjen dhe shfaqjen e parametrave të lëvizjes këndore të një objekti.

Aktualisht i njohur më shumë se njëqind dukuri dhe parime të ndryshme fizike që lejojnë zgjidhjen e problemeve xhiroskopike. Në Rusi dhe SHBA, mijëra patenta dhe certifikata të së drejtës së autorit janë lëshuar për zbulimet dhe shpikjet përkatëse.

Për shkak se xhiroskopët e saktë përdoren në sistemet e drejtimit të raketave strategjike me rreze të gjatë, informacioni rreth kërkimit të kryer në këtë fushë u klasifikua si i klasifikuar gjatë Luftës së Ftohtë.

Drejtimi i zhvillimit të xhiroskopëve kuantikë është premtues.

Perspektivat për zhvillimin e instrumenteve xhiroskopike

Sot, janë krijuar sisteme xhiroskopike mjaft të sakta që kënaqin një gamë të gjerë të konsumatorëve. Reduktimi i fondeve të alokuara për kompleksin ushtarako-industrial në buxhetet e vendeve kryesore të botës ka rritur ndjeshëm interesin për aplikimet civile të teknologjisë xhiroskopike. Për shembull, sot përdorimi i xhiroskopëve mikromekanikë në sistemet e stabilizimit të makinave ose në videokamerat është i përhapur.

Sipas mbështetësve të metodave të navigimit si GPS dhe GLONASS, përparimi i jashtëzakonshëm në fushën e navigimit satelitor me precizion të lartë i ka bërë të panevojshme ndihmat autonome të navigimit (brenda zonës së mbulimit të sistemit të navigimit satelitor (SNS), d.m.th. brenda planetit). Aktualisht, sistemet SNS janë superiore ndaj atyre xhiroskopike për sa i përket peshës, dimensioneve dhe kostos.

Aktualisht në zhvillim Sistemi satelitor i navigimit të gjeneratës së tretë. Kjo do t'ju lejojë të përcaktoni koordinatat e objekteve në sipërfaqen e Tokës me një saktësi prej disa centimetrash në modalitetin diferencial, kur ndodhen në zonën e mbulimit të sinjalit të korrigjimit DGPS. Në këtë rast, supozohet se nuk ka nevojë të përdorni xhiroskopë me drejtim. Për shembull, instalimi i dy marrësve të sinjalit satelitor në krahët e një aeroplani ju lejon të merrni informacion në lidhje me rrotullimin e aeroplanit rreth një boshti vertikal.

Megjithatë, sistemet SNS nuk janë në gjendje të përcaktojnë me saktësi pozicionin në mjediset urbane me shikueshmëri të dobët satelitore. Probleme të ngjashme gjenden në zonat e pyllëzuara. Për më tepër, kalimi i sinjaleve SNS varet nga proceset në atmosferë, pengesat dhe reflektimet e sinjalit. Pajisjet autonome xhiroskopike funksionojnë kudo - nën tokë, nën ujë, në hapësirë.

Në aeroplanë, SNS rezulton të jetë më i saktë se INS gjatë zonave. Por përdorimi i dy marrësve SNS për të matur këndet e prirjes së avionit jep gabime deri në disa gradë. Llogaritja e kursit duke përcaktuar shpejtësinë e avionit duke përdorur SNS gjithashtu nuk është mjaft e saktë. Prandaj, në sistemet moderne të navigimit, zgjidhja optimale është një kombinim i sistemeve satelitore dhe xhiroskopike, i quajtur një sistem i integruar (kompleks) INS/SNS.

Gjatë dekadave të fundit, zhvillimi evolucionar i teknologjisë xhiroskopike i është afruar pragut të ndryshimeve cilësore. Kjo është arsyeja pse vëmendja e specialistëve në fushën e xhiroskopisë është përqendruar tashmë në gjetjen e aplikacioneve jo standarde për pajisje të tilla. Janë hapur detyra krejtësisht të reja interesante: eksplorimi gjeologjik, parashikimi i tërmeteve, matja ultra precize e pozicioneve të hekurudhave dhe tubacioneve të naftës, pajisjet mjekësore dhe shumë të tjera.

Përdorimi i një xhiroskopi në telefonat inteligjentë dhe konzolat e lojërave

IPhone 4 me xhiroskop brenda

Ulja e ndjeshme e kostos së prodhimit të xhiroskopëve MEMS ka çuar në përdorimin e tyre në telefonat inteligjentë dhe konzolat e lojërave.

Gjithashtu xhiroskop filloi të përdoret në kontrolluesit e lojërave të kontrollit, si: Sixaxis për Sony PlayStation 3 dhe Wii MotionPlus për Nintendo Wii. Të dy këta kontrollues përdorin dy sensorë hapësinorë plotësues: një përshpejtues dhe xhiroskop. Për herë të parë, një kontrollues i lojës që mund të përcaktojë pozicionin e tij në hapësirë ​​u lëshua nga Nintendo - Wii Remote për konsolën e lojërave Wii, por ai përdor vetëm një përshpejtues tredimensional. Një përshpejtues 3D nuk është në gjendje të matë me saktësi parametrat e rrotullimit gjatë lëvizjeve shumë dinamike. Dhe kjo është arsyeja pse në kontrollorët më të fundit të lojës: Sixaxis dhe Wii MotionPlus, përveç akselerometrit, u përdor një sensor shtesë hapësinor - xhiroskop.

Lodra me bazë xhiroskopi

Më së shumti shembuj të thjeshtë lodrat e bëra në bazë të një xhiroskopi janë modele yo-yo, maja rrotulluese (tjerrësi) dhe modele helikopteri.
Majat ndryshojnë nga xhiroskopët në atë që nuk kanë një pikë të vetme fikse.
Përveç kësaj, ekziston një imitues xhiroskopik sportiv.

Shiko gjithashtu

Shënime

1. Johann G. F. Bohnenberger (1817) "Beschreibung einer Maschine zur Erläuterung der Gesetze der Umdrehung der Erde um ihre Axe, und der Veränderung der Lage der letzteren" ("Përshkrimi i një makine për të shpjeguar ligjet e rrotullimit të saj rreth Tokës ndryshimi i drejtimit të kësaj të fundit”) Tübinger Blätter für Naturwissenschaften und Arzneikunde, vëll. 3, faqet 72-83. Në internet: http://www.ion.org/museum/files/File_1.pdf
2. Simeon-Denis Poisson (1813) “Mémoire sur un cas particulier du mouvement de rotation des corps pesans” (“Artikulli mbi rastin e veçantë të lëvizjes rrotulluese të trupave masivë”), Journal de l'École Polytechnique, vëll. 9, faqe 247-262. Në internet: http://www.ion.org/museum/files/File_2.pdf
3. Foto e xhiroskopit të Bonenberger: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24
4. Walter R. Johnson (Janar 1832) "Përshkrimi i një aparati të quajtur rotaskop për ekspozimin e disa fenomeneve dhe ilustrimin e ligjeve të caktuara të lëvizjes rrotulluese." Gazeta Amerikane e Shkencës dhe Artit, seria 1, vëll. 21, nr. 2, faqe 265-280. Në internet: http://books.google.com/books?id=BjwPAAAAYAAJ&pg=PA265&lpg=PR5&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html
5. Ilustrimet e xhiroskopit të Walter R. Johnson ("rotaskopi") shfaqen në: Bordi i Regents, Raporti i dhjetë vjetor i Bordit të Regentëve të Institucionit Smithsonian….(Uashington, D.C.: Cornelius Wendell, 1856), faqet 177-178. Në internet: http://books.google.com/books?id=fEyT4sTd7ZkC&pg=PA178&dq=Johnson+rotascope&ie=ISO-8859-1&output=html
6. Wagner JF, "Makina e Bohnenberger", Instituti i Navigimit. Në internet: http://www.ion.org/museum/item_view.cfm?cid=5&scid=12&iid=24
7. L. Foucault (1852) "Sur les phénomènes d'orientation des corps tournants entraînés par un ax fixe à la surface de la terre," Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (Paris), vëll. 35, faqe 424-427. Në internet: http://www.bookmine.org/memoirs/pendule.html. Lëvizni poshtë te "Sur les phénomènes d'orientation..."
8. (1) Julius Plücker (shtator 1853) "Über die Fessel'sche rotationsmachine," Annalen der Physik, vëll. 166, nr. 9, faqe 174-177; (2) Julius Plücker (tetor 1853) "Noch ein wort über die Fessel'sche rotationsmachine," Annalen der Physik, vëll. 166, nr. 10, faqe 348-351; (3) Charles Wheatstone (1864) "Për xhiroskopin e Fessel", Procedurat e Shoqërisë Mbretërore të Londrës, vëll. 7, faqet 43-48. Në internet: .