Реферат: Гіроскопи в науці і техніці
Гірокомпас наземний — гіроскопічний прилад, що складається з гіроблока (гірокомпаса маятникового), теодоліта з автоколімаційною трубою, жорстко зв'язаною з алідадою, перетворювача й акумуляторної батареї. Г.н. призначається для орієнтування у всіх випадках, коли положення приладу - весь період орієнтування на даній точці залишається незмінним. До наземних гірокомпасів належать власне гірокомпаси і гіротеодоліти як прийнято говорити, гірокомпас прийде в меридіан.
В гіроскопі з електростатичним підвісом ротор є порожнистою сферою, зовнішня поверхня якої має високу провідність. Ротор поміщається між електродами, до яких підводиться висока напруга, регульована спеціальною стежачою системою. Під дією електростатичних сил ротор центрується в просторі між електрода
При установці на кораблі Г. з маятникової корекцією визначають кути бортової і кільової хитавиці, а на літальному апараті - кути крену і тангажа. Застосовуються в системах автоматичної стабілізації різних рухомих об'єктів, в заспокоювача хитавиці корабля, для стабілізації літального апарату та інших, а також для визначення викривлення бурових свердловин, шахт і т.д.
3 Гіроскопи в науці
В даний час деякі моделі мобільних телефонів та ігрових контролерів обладнуються датчиками прискорення, так званими акселерометра. Такі датчики дозволяють управляти цими пристроями, здійснюючи ними нескладні рухи в просторі. Тепер, завдяки новій розробці компанії STMicroelectronics управління за допомогою руху стане ще функціональнішим. Ця нова розробка є твердотілий гіроскоп, який здатний визначити точне положення пристрою в просторі.
Цей гіроскоп здатний визначити положення по ортогональних осях координат X, Y і Z. Кут визначення по кожній з осей становить 360 °, а точність визначення є достатньою для використання цих датчиків в призначених для користувача інтерфейсах, заснованих на розпізнаванні природних рухів і жестів людини.
Завдяки своїм малим габаритам і низькому енергоспоживанню цей датчик ідеально підходить для застосування в мобільних телефонах, ігрових контролерах, навігаторах і інших портативних електронних пристроях. Нам залишається тільки дочекатися появи на ринку пристроїв з цим датчиком і програмного забезпечення, включаючи ігри, яке буде використовувати всі нові можливості тривимірного визначення положення в просторі.
Волоконний оптичний гіроскоп (ВОГ) - оптико-електронний прилад, створення якого стало можливим лише з розвитком і вдосконаленням елементної бази квантової електроніки. Прилад вимірює кутову швидкість і кути повороту об'єкта, на якому він встановлений. Принцип дії ВОГ заснований на вихровому (обертальному) ефекті Саньяка.
Інтерес зарубіжних і вітчизняних фірм до оптичного гіроскопа базується на його потенційній можливості застосування як чутливого елемента обертання в інерційних системах навігації, керування і стабілізації. Цей прилад у ряді випадків може повністю замінити складні і дорогі електромеханічні (роторні) гіроскопи і тривісні гіростабілізовані платформи. За даними зарубіжній пресі у майбутньому в США близько 50% всіх гіроскопів, що використовуються в системах навігації .
Управління та стабілізації об'єктів різного призначення, передбачається замінити волоконними оптичними гіроскопами.
Можливість створення реального високочутливого ВОГ з'явилася лише з промисловою розробкою одномодового діелектричного світловоду з малим загасанням. Саме конструювання ВОГ на таких світловодах визначає унікальні властивості приладу. До цих властивостей відносять:
1.Потенційно високу чутливість (точність) приладу, яка вже зараз на експериментальних макетах 0,1 град / рік і менше.
2.Малі габарити і масу конструкції, завдяки можливості створення ВОГ
повністю на інтегральних оптичних схемах.
3.Невисоку вартість виробництва та конструювання при масовому виготовленні і відносну простоту технології.
4.Нікчемне споживання енергії, що має важливе значення при використанні ВОГ світлороздільниками, поляризаторів, фазових і частотних модуляторів, просторових фільтрів, інтегральних оптичних схем які знаходиться на початковій стадії розвитку. Кількість розроблених спеціально для ВОГ випромінювачів і фотодетекторів обмежена.
Другу групу труднощі пов'язують з тим, що при удаваній простоті приладу і високій чутливості його до кутової швидкості обертання, він в той же час надзвичайно чутливий до дуже малим зовнішнім і внутрішнім збурень і нестабільності, що призводить до паразитного дрейфу, тобто до погіршення точності приладу. До згаданих збурень відносяться температурні градієнти, акустичні шуми і вібрації, флуктуації електричних і магнітних полів, оптичні нелінійні ефекти флуктуації інтенсивності і поляризації випромінювання, дробові шуми в фотодетектор, теплові шуми в електронних ланцюгах і ін.
Фірмами та розробниками ВОГ обидва ці завдання вирішуються і удосконалюється .
У Технології виробництва елементів у ВОГ, теоретично й експериментально досліджуються фізична природа збурень і нестабільності, створюються та випробовуються різні схемні варіанти ВОГ з компенсацією цих збурень, розробляються фундаментальні питання використання інтегральної оптики. Точність ВОГ вже зараз близька до необхідної в інерційних системах управління.
У спеціальній науковій та періодичній літературі проблемі ВОГ вже опубліковано безліч наукових статей. Аналіз цих статей свідчить про необхідність подальшого вивчення цієї проблеми та розробки нових способів поліпшення якісних характеристик ВОГ[10., ст. 323].
4 Використання гіроскопів в техніці
Використання гіроскопа в смартфонахі та ігрових приставках .
Значне здешевлення виробництва МЕМС-гіроскопів призвело до того, що вони починають використовуватися в смартфонах і ігрових приставках.
Поява МЕМС-гіроскопа в новому смартфоні Apple iPhone 4 відкриває нову революцію в 3D-іграх і в формуванні доповненої реальності . Вже сьогодні різні виробники смартфонів і ігрових приставкок обирають використовувати МЕМС-гіроскопи у свої продукти. Незабаром з'являться додатки на смартфонах і ігрових приставках, які зроблять комп'ютерний екран вікном в іншій - віртуальний світ. Наприклад в 3D-грі, користувач переміщаючи смартфон або мобільну ігрову консоль, побачить інші сторони ігровий - віртуальної реальності. Піднімаючи смартфон вгору - користувач побачить віртуальне небо, а опускаючи вниз - побачить віртуальну землю. Обертаючи по сторонах світу - може озирнутися навколо - всередині віртуального світу. Гіроскоп дає програмі дані про те, як орієнтований смартфон щодо реального світу, а програма пов'язує ці дані з віртуальним світом. Таким же чином, але вже не в грі, можна використовувати гіроскоп для формування доповненої реальності.
Так само гіроскоп став застосовуватися в керуючих ігрових контролерах, таких як: Sixaxis для Sony PlayStation 3 і Wi MotionPlus для Nintendo Wi. В обох перерахованих контролерах використані два доповнюють один одного, просторові сенсори: акселерометр і гіроскоп. Вперше ігровий контролер, що вміє визначати своє положення в просторі, був випущений компанією Nintendo - Wii Remote для ігрової приставки Wii, але в ньому використовується тільки тривимірний акселерометр. Тривимірний акселерометр не здатен давати точне вимірювання параметрів обертання при високодинамічних рухах. І саме тому в новітніх ігрових контролерах: Sixaxis і Wii MotionPlus, крім акселерометра, був використаний додатковий просторовий сенсор - гіроскоп.
Іграшки на основі гіроскопа .
Найпростішими прикладами іграшок, зроблених на основі гіроскопа, є йо-йо, дзига (Юла) і моделі вертольотів.
Крім того, існують кистьові тренажери, які також працюють на основі гіроскопічного ефекту (гіротренажери). Властивості гіроскопа використовуються в приладах - гіроскопах, основною частиною яких є швидко обертається ротор, який має кілька ступенів вільності (осей можливого обертання).
Найчастіше використовуються гіроскопи, поміщені в карданів підвіс. Такі гіроскопи мають 3 ступені вільності, тобто він може здійснювати 3 незалежних повороту навколо осей АА , BB і CC , що перетинаються в центрі підвісу О, який залишається по відношенню до основи A нерухомим. Гіроскопи, у яких центр мас збігається з центром підвісу O, називаються астатичними, в іншому випадку - статичними гіроскопами . Для забезпечення обертання ротора гіроскопа з високою швидкістю застосовуються спеціальні гіромотори.
Для управління гіроскопом і зняття з нього інформації використовуються датчики кута і датчики моменту.
Гіроскопи використовуються у вигляді компонентів як в системах навігації (авіагоризонт, гірокомпас, ІНС), так і в нереактивного системах орієнтації і стабілізації космічних апаратів.