Гироскоп в телефоне что это и какую роль отыгрывает [гайд 2019]

2.2 Простейший гироскоп

Простейшим гироскопом является обыкновенный детский волчок,
быстро вращающийся вокруг своей оси. Ось волчка может изменять своё положение в
пространстве, поскольку её верхний конец не закреплен. У гироскопов применяемых
в технике, свободный поворот оси можно обеспечить, закрепив её в рамках
карданова подвеса, позволяющего оси волчка занять любое положение в
пространстве. Такой гироскоп имеет три степени свободы. Свойства гироскопа
проявляются при выполнении двух условий: ось вращения гироскопа должна иметь
возможность изменять своё направление в пространстве, и угловая скорость
вращения гироскопа вокруг своей оси должна быть очень велика по сравнению с той
угловой скоростью, которую будет иметь сама ось при изменении своего
направления.

Первое свойство гироскопа с тремя степенями свободы состоит в
том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное
ей первоначальное направление. Если эта ось вначале направлена на какую-нибудь
звезду, то при любых перемещениях основания прибора и случайных толчках она
будет продолжать указывать на эту звезду, меняя свою ориентировку относительно
земных осей. Впервые это свойство гироскопа использовал французский учёный Л.
Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг её оси в 1852
г. Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе означает «наблюдать
вращение». Второе свойство гироскопа обнаруживается, когда на его ось начинают
действовать сила или пара сил, стремящиеся привести ось в движение. Под
действием силы конец оси гироскопа будет отклоняться в направлении, перпендикулярном
к этой силе; в результате гироскоп вместе с рамкой начнёт вращаться вокруг оси,
притом не ускоренно, а с постоянной угловой скоростью. Это вращение называется
прецессией; оно происходит тем медленнее, чем быстрее вращается вокруг своей
оси сам гироскоп. Если в какой-то момент времени действие силы прекратится, то
одновременно прекратится прецессия и ось мгновенно остановится, т.е.
прецессионное движение гироскопа безынерционно. Наряду с прецессией ось
гироскопа при действии на неё силы может ещё совершать нутацию — небольшие, но
быстрые, обычно незаметные на глаз, колебания оси около её среднего
направления. Размахи этих колебаний у быстро вращающегося гироскопа очень малы
и из-за наличия сопротивления и быстро затухают. Прецессионное движение
можно наблюдать и у детского волчка.

Если ось такого волчка поставить под углом к вертикали и
отпустить, то она под действием силы тяжести будет отклоняться в
перпендикулярном направлении, и начинает прецессировать вокруг вертикали.
Прецессия волчка также сопровождается незаметными на глаз нутационными
колебаниями, быстро затухающими из-за сопротивления воздуха. Под действием
трения о воздух собственное вращение волчка постепенно замедляется, а скорость
прецессии возрастает. Когда угловая скорость вращения волчка становится меньше
определенной величины, он теряет устойчивость и падает.

У медленно вращающегося волчка нутационные колебания могут
быть довольно заметными и, слагаясь с прецессией, изменять картину движения оси
волчка: верхний конец оси будет описывать волнообразную или петлеобразную
кривую.

Рисунок 2.2. — Волчок

Как применяется gyro sensor?

Этот прибор, по сути, усовершенствованная версия акселерометра. Благодаря ему ОС Андроид очень точно отслеживает передвижение и вращение телефона. Акселерометр можно назвать строительным уровнем. По поводу гироскопа можно сказать, что он даёт более точными данные показания в несколько раз.

Многие пользователи хотят в будущем купить VR-шлем под Андроид. В этом случае в телефоне gyro sensor должен быть обязательно. Этот прибор может следить за всеми поворотами головы человека, производя направление виртуального взгляда как раз туда, куда направлен взгляд человека.

Применять gyro sensor можно во время просмотра звёзд на небе. Можно скачать нужную программу, которая будет воспринимать, куда именно человек направил камеру, и показывать, как называются созвездия, которые пользователь на данный момент рассматривает.

Разумеется, данный прибор можно использовать в играх, в которых присутствует функция дополнительной реальности. К примеру, в таких играх, вреде Pokemon Go. Когда данный прибор в телефоне отсутствует, то покемоны начнут скакать по виртуальной травке. Но, когда такой прибор в телефоне присутствует, то данные существа будут скакать в настоящей реальности. В той области пространства, куда направлена вмонтированная камера.

Соединение с пк через huawei share по wi-fi

Рассмотрев, как подключить телефон Huawei и Honor к компьютеру через USB, изучим способ с использованием Wi-Fi. Для такого подключения используется опция Huawei Share, которая встраивается во все устройства, начиная с оболочки EMUI 8.1.

Для переноса требующихся файлов нужно включить данную функцию не только в мобильном устройстве, но и на ПК. Перейдите в параметры телефона и во вкладке «Подключение устройства» включите опцию.

Важно – оба устройства должны подключены к одной сети Wi-Fi. Инструкция для активации функции на ПК:

Войдите в параметры Виндовс и в «Приложения».
В левом меню выберите «Приложения и возможности».
Найдите «Сопутствующие параметры».
Перейдите в отмеченную вкладку.
Поставьте галку как указано на скриншоте.
Запустите проводник и нажмите на «Сеть».
Выберите обнаруженный смартфон.

Больше про Хуавей: Как разблокировать honor 9 без потери данных? | Пикабу

Механический гироскоп

В 1852 году французский физик, механик и астроном, будущий член Парижской академии наук и член-корреспондент Петербургской академии наук, Жан Бернар Леон Фуко описал созданный им прибор, который он назвал гироскопом (от греч. gyros — «круг», gyrou — «кружусь», «вращаюсь» и scopeo — «смотрю», «наблюдаю»). Как показал Фуко, с его помощью можно автономно определять направление движения объекта и его скорость.

Как уже было сказано, изобретение гироскопа стало в известном смысле результатом изучения поведения древнейшей детской игрушки — волчка. Если раскрутить волчок относительно оси симметрии, то выясняется, что он оказывает энергичное сопротивление попытке изменить положение оси вращения, его ось вращения устойчиво сохраняет свое положение при наклонах основания или толчках. Именно в силу этого свойства вращающийся волчок не падает, а его ось описывает конус вокруг вертикали; это движение называется регулярной прецессией тяжелого твердого тела. Можно показать, что ось волчка в конце концов устанавливается параллельно земной оси. Этим и объясняется применение «волчка» в гироскопах.

В гироскопе Фуко ротор (волчок) был установлен в карданов подвес с вертикальной осью наружной рамки. Фуко указал на три возможности использования гироскопа:

если быстровращающийся ротор имеет три степени свободы, то его ось вращения сохраняет неизменную ориентацию в инерциальном пространстве, что позволяет с помощью такого прибора наблюдать вращение Земли;
если внутреннюю рамку жестко связать с наружной так, чтобы ось ротора могла поворачиваться лишь в горизонтальной плоскости, то эта ось стремится установиться в плоскость меридиана;
если наружную рамку жестко связать с корпусом, а внутренней рамке дать свободу вращения относительно ее оси и установить ось ротора в плоскость меридиана, то она стремится установиться параллельно оси вращения Земли.

Гироскопы за последние сто пятьдесят лет прошли в своем развитии четыре больших этапа принципиальных преобразований, каждый из которых непосредственно связан с историей развития физики и технологий

Свободно вращающийся гироскоп под воздействием внешней силы отклоняется не внаправлении этой силы, а перпендикулярно ей — прецессирует. В авиации, например, это свойство позволяет судить о движении самолета в пространстве в отсутствие ориентиров. Прецессия возникает, например, если крыло самолета, в котором установлен гироскоп, начинает крениться

Тогда пилот на приборной доске видит угол поперечного крена, что очень важно, если нет никаких ориентиров. Кроме того, он видит продольный крен, от носа до хвоста

Если гироскоп связан с акселерометрами (приборами, измеряющими скорость самолета), то может функционировать как автопилот, то есть автоматически поддерживать самолет на курсе.

Принцип действия датчика

Пользователь, впервые столкнувшийся с термином «акселерометр» в списке характеристик смартфона, может заинтересовать, что это такое, как работает и выглядит. Ответить на эти вопросы несложно – устройство, получившее название от латинского слова «accelero» («ускоряю»), применяется для измерения кажущегося ускорения.

Определяя этот параметр, датчик помогает программному обеспечению контролировать положение телефона в пространстве и расстояние, на которое был перемещён мобильный гаджет.

Между тем, даже зная, что такое акселерометр, некоторые пользователи не отличают его от гироскопа. На самом деле оба датчика могут измерять одни и те же величины, но полностью заменить друг друга не способны.

При этом гироскоп в телефоне необходим для определения угла поворота гаджета относительно определённой плоскости. А акселерометр требуется для контроля положения в пространстве путём измерения ускорения движения. Совместное использование устройств помогает программному обеспечению гаджета получить более точные результаты.

Рис. 1. Один из примеров работы акселерометра.

Рассматривая действие акселерометра и что это такое по большому счёту, стоит познакомиться с принципом действия классического приспособления:

Рис. 2. Конструкция стандартного акселерометра.

С другой стороны, ответ на вопрос по поводу акселерометра в телефоне – что это и как выглядит, будет немного отличаться. В данном случае он представляет собой миниатюрный элемент на плате с расположенной внутри инертной массой и выглядит обычно как маленький чёрный квадрат.

Основной принцип работы элемента мало отличается от стандартного – при изменении положения инертной массы определяется величина смещения, по которому рассчитываются показатели положения гаджета. Такие датчики стоят практически на любом виде мобильной техники – на телефоне или планшете.

Рис. 3. Внешний вид датчика для смартфона.

Телефон завис на экране с логотипом после обновления

Если телефон завис на экране с логотипом на долгое время, зарядите его в течение 30 минут и более, затем попробуйте включить телефон повторно.
Если телефон не включается, нажмите и удерживайте кнопку питания примерно 10 секунд, чтобы принудительно перезагрузить телефон.
Если при загрузке телефон переходит в режим eRecovery, выберите опцию перезагрузки, чтобы проверить, может ли телефон включаться корректно.
Если проблема не решена, подключите телефон к сети Wi-Fi и используйте режим eRecovery для восстановления системы телефона. Либо восстановите систему телефона с помощью приложения HiSuite.

Если проблема не решена, сохраните резервную копию данных и отнесите устройство в авторизованный сервисный центр Huawei.

Гироскоп в телефонах

В телефонах нет волчка в привычном понимании слова. Смартфоны включают в себя микроэлектромеханическую систему, или МЭМС, в которой имеются микромеханические и микроэлектронные компоненты. И хотя устройство гироскопа в смартфоне существенно отличается от общепринятого и более понятного, целью его остается определение собственного угла наклона относительно земной поверхности.

Преобразование механической энергии в электрическую формирует последовательность битов, или бинарный код. Именно с помощью бинарного кода осуществляется функционирование всех компьютерных систем. В небольших по размеру устройствам типа смартфона волчок в буквальном смысле отсутствует, вместо него внутрь помещены специальные подвижные массы веществ. Смещение подвижных масс веществ провоцирует изменения электрической емкости конденсаторов, что регистрируется микропроцессором.

Конденсаторы могут быть заменены пьезокристаллами, которые широко применяются в датчиках определения положения типа акселерометров. С помощью преобразования давления и скорости в электрический сигнал: он специальным образом обрабатывается микропроцессором. Акселерометры и гироскопы устанавливаются в смартфонах, эти инерционные МЭМС-датчики имеют различающиеся принципы получения информации. Для многих современных смартфонов характерно наличие обоих видов устройств.

Наличие гироскопа в мобильном телефона фиксируется в технической документации. Он представляет собой компактный чип, который можно рассмотреть, лишь разобрав прибор.

Для чего нужен гироскоп в смартфоне

Назначение гироскопа с смартфоне переоценить сложно. Ведь благодаря ему наши телефоны могут:

использовать функцию встряхивания: раньше, до применения гироскопов в телефонах, для принятия звонка требовалось сделать свайп по экрану. Теперь же достаточно простого встряхивания! Никаких лишних затрат времени и сил, ведь, помимо принятия входящих звонков, встряхивание позволяет активизировать телефон при просматривании фотографий, пролистывании мелодий в плейлисте;
более полно использовать функцию калькулятора

Теперь стало возможным без использования рук выполнять многие действия, при повороте экрана на 90° появляется панель с дополнительными функциями;
находить поблизости смартфоны, в которых активизирована функция Bluetooth$
получить доступ к дополнительным функциям с вычислением угла наклона (например в процессе строительства);
гораздо лучше ориентироваться на местности с вычислением координат и расположением относительно земной оси, а также определять направление, что важно для полноценной работы навигатора.

Существенно расширяя возможности смартфона, гироскоп делает его удобнейшим и практичным гаджетом для многофункционального применения.

2.5 Перспективы развития гироскопического приборостроения

В настоящее время разрабатывается система навигационных
спутников третьего поколения. Она позволит определять координаты объектов на поверхности
Земли с точностью до единиц сантиметров в дифференциальном режиме, при
нахождении в зоне покрытия корректирующего сигнала DGPS. При этом якобы
отпадает необходимость в использовании курсовых гироскопов. Например, установка
на крыльях самолета двух приёмников спутниковых сигналов, позволяет получить
информацию о повороте самолёта вокруг вертикальной оси.

Однако системы спутниковой навигационной системы оказываются
неспособны точно определять положение в городских условиях, при плохой
видимости спутников. Подобные проблемы обнаруживаются и в лесистой местности.
Кроме того прохождение сигналов навигационной системы зависит от процессов в
атмосфере, препятствий и переотражений сигналов. Автономные же гироскопические
приборы работают в любом месте — под землёй, под водой, в космосе. В самолётах
спутниковая навигационная система оказывается точнее инерциальную навигационную
систему на длинных участках. Но использование двух спутниковых навигационных —
приёмников для измерения углов наклона самолета даёт погрешности до нескольких
градусов. Подсчёт курса путём определения скорости самолёта с помощью этой
системы также не является достаточно точным. Поэтому, в современных
навигационных системах оптимальным решением является комбинация спутниковых и
гироскопических систем, называемая интегрированной системой.

Заключение

Почти каждое морское судно дальнего плавания снабжено
гирокомпасом для ручного или автоматического управления судном, некоторые
оборудованы гиростабилизаторами. В системах управления огнем корабельной
артиллерии много дополнительных гироскопов, обеспечивающих стабильную систему
отсчета или измеряющих угловые скорости. Без гироскопов невозможно
автоматическое управление торпедами. Самолеты и вертолеты оборудуются
гироскопическими приборами, которые дают надежную информацию для систем
стабилизации и навигации. К таким приборам относятся авиагоризонт,
гировертикаль, гироскопический указатель крена и поворота. Гироскопы могут быть
как указывающими приборами, так и датчиками автопилота. На многих самолетах
предусматриваются гиростабилизированные магнитные компасы и другое оборудование
— навигационные визиры, фотоаппараты с гироскопом, гиросекстанты. В военной
авиации гироскопы применяются также в прицелах воздушной стрельбы и
бомбометания.

Гироскопы разного назначения (навигационные, силовые)
выпускаются разных типоразмеров в зависимости от условий работы и требуемой
точности. В гироскопических приборах диаметр ротора составляет 4-20 (см),
причем меньшее значение относится к авиационно-космическим приборам. Диаметры
же роторов судовых гиростабилизаторов измеряются метрами.

Литература

1. Бороздин В.Н. Гироскопические приборы и
устройства систем управления: учеб. пособие /В.Н. Бороздин.-Москва, 1990. -480
с.

2. Меркурьев И.В. /Динамика
микромеханического и волнового твердотельного гироскопов./ И.В. Меркурьев; Подалков
В.В. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 228 с.

. Гироскопические системы / под ред. Д.С.
Пельпора. — М.: Высш. шк., 1986-1988.-564 с.

. Павловский М.А. Теория гироскопов:
учебник для ВУЗов/М.А. Павловский. — Киев, 1986.-78 с.

. Сивухин Д.В. Общий курс физики./В.Д.
Сивухин. — М.: Физматлит, 2006. — 560 с.

. В.В. Матвеев Основы построение
бесплатформенных инерциальных навигационных систем. / В.В. Матвеев., В.Я.
Распопова. — Москва 2009. — 280 с.

. Савельев И.В. Курс общей физики:
Механика./И.В. Савельев. — М.: Астрель, 2004. — 336 с.

Полтора века гироскопии

В то время как устройство акселерометров принципиально не менялось с момента их создания, гироскопы за последние сто пятьдесят лет прошли в своем развитии четыре больших этапа принципиальных преобразований, каждый из которых непосредственно связан с историей развития физики и технологий.

Столь длительный цикл не случаен. Создание гироскопов, их доведение до уровня промышленных образцов — это длинный путь, двадцать, а то и тридцать лет. Не приходится ожидать, что кто-то вдруг придумает новый тип гироскопа, тут же запустит его в производство и всех опередит. Цикл жизни таких изделий тоже очень длинный: затраты на их разработку очень велики, и, пока они не окупятся, никто и не будет спешить что-то менять в системах, где они используются. А предшествующая разработка теоретических основ гироскопии потребовала еще больше времени.

Этот гирокомпас использовался во Второй мировой войне для управления полетом ракет «Фау-2»

Фотография: gettyimages.ru

Первый этап — это классический механический гироскоп, который был изобретен французским физиком Жаном Бернаром Леоном Фуко в середине XIX века. Первые промышленные образцы появились в конце XIX века — австрийский инженер Людвиг Обри применил гироскоп для стабилизации курса торпеды.

Хотя детская игрушка — волчок, изучение поведения которого легло в основу теории гироскопов, — известна с древнейших времен, создание гироскопа стало возможным только после серьезного развития классической механики и ее математического аппарата, что заняло значительную часть XVIII и XIX веков. В основу теории гироскопов легли труды многих величайших ученых — от Ньютона и Эйлера до Ковалевской и Жуковского. Одновременно, во многом на основе тех же теоретических достижений, развивались технологии точной обработки металлов, появилось современное металлорежущее оборудование, без которого изготовление гироскопов невозможно.

Второй этап развития гироскопии — это кольцевые лазерные гироскопы (КЛГ). Их создание стало возможным только после длительного периода развития квантовой электроники, занявшего почти весь ХХ век. В ее основе лежат труды творцов современной физики, начиная с Эйнштейна и заканчивая создателями первых квантовых генераторов — Прохоровым, Басовым, Таунсом. В нашей стране их начали разрабатывать еще в 1970-е, а пик применения — это уже 2000 годы. Создание лазерных гироскопов стало возможным благодаря появлению прецизионных методов механической и физической обработки различных материалов, в первую очередь зеркальных стекол. Шероховатость их поверхности — пять ангстрем — это уже на уровне размера атома. А радиус кривизны такого зеркала составляет семь метров при размере два сантиметра.

Изобретение гироскопа стало результатом изучения поведения древнейшей детской игрушки — волчка

Третий этап развития гироскопии, пик которого приходится на наше время, — это использование в системах навигации волновых твердотельных гироскопов (ВТГ). На их примере можно видеть спираль развития гироскопов, что называется, в натуральном виде: от механического гироскопа через оптико-электронный, снова к механическому, основанному на другом принципе (он описан ниже). Этот принцип был разработан уже в конце ХIX века, создание самих гироскопов стало возможным благодаря переходу на следующий этап развития средств обработки различных материалов, того же стекла. Ведь точность обработки резонаторов ВТГ достигает одного микрона. Но и этой точности для работы ВТГ недостаточно. Приходится проводить его дополнительную ионоплазменную балансировку с точностью до десятков ангстрем. К механической обработке добавилась физическая.

Наконец, четвертый этап развития гироскопии — это появление микроэлектромеханических систем, МЭМС, физические принципы работы которых такие же, как и у больших гироскопов, но изготавливаются они на основе технологий обработки кремния — тех же самых, что используются при изготовлении микросхем и сверхбольших интегральных схем (СБИС). В 1964 году компания Westinghouse выпустила первую серийную МЭМС — резонансный затворный транзистор. А английская компания Silicon Sensing произвела первый МЭМС-гироскоп в 1985 году. В переплетении спиралей развития физики и технологий механической обработки материалов появилась спираль электронных технологий.

Зачем он нужен?

Выше мы рассмотрели, что датчик имеет сложное устройство и точно определяет положение мобильного аппарата в пространстве. Возникает следующей вопрос — как можно использовать эту функцию, и для чего нужен гироскоп в телефоне, ведь его установка и настройка стоит немалых денег для разработчика.

Главные функции:

ответ на звонки путем обычного встряхивания телефона;
быстрый просмотр фотографий или смена музыки;
упрощение работы с калькулятором (программа CoveFlow);
возможность внедрение в телефон более сложного и функционального ПО;
обновление аппарата для Блютуз;
запуск специального ПО для измерения уровня и углов наклона (полезно при проведении строительных работ);
контроль скорости перемещения и определение месторасположения человека на местности;
управление играми на смартфоне (езда на авто, направление оружия, полеты на вертолете и т. д.);
использование телефона в шлемах виртуальной реальности.

Разработчики знают, как работает гироскоп в смартфоне, поэтому выжимают максимальную пользу с опции. Перечислять полезные функции можно долго, но не все владельцы телефонов понимают преимущества датчика.

Кроме плюсов датчика, выделяется и ряд недостатков. В частности, модуль чувствителен к перемещению телефона, что может вызвать неудобство при пользовании определенными программами. Так, при чтении книги или просмотре видео человек может переместить смартфон, что сразу приводит к изменению положения экрана. Приходится перемещать устройство в нужную сторону, чтобы вернуть привычную позицию. Кроме того, многие производители скрывают наличие гироскопа в телефоне. Как определить его наличие, рассмотрим ниже.

Гироскоп и его применение в технике

Введение

гироскоп механический оптический приборостроение

До изобретения гироскопа человечество использовало различные
методы определения направления в пространстве. Издревле люди ориентировались
визуально по удалённым предметам, в частности, по Солнцу. Уже в древности
появились первые приборы: отвес и уровень, основанные на гравитации. В средние
века в Китае был изобретён компас, использующий магнетизм Земли. В Европе были
созданы астролябия и другие приборы, основанные на положении звёзд.

Гироскоп изобрёл Иоганн Боненбергер и опубликовал описание
своего изобретения в 1817 году. Однако французский математик Пуассон ещё в 1813
году упоминает Боненбергера как изобретателя этого устройства. Главной частью
гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шар в кардановом подвесе. В
1832 году американец Уолтер Р. Джонсон придумал гироскоп с вращающимся диском.
Французский учёный Лаплас рекомендовал это устройство в учебных целях. В 1852
году французский учёный Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал его
как прибор, показывающий изменение направления, через год после изобретения
маятника Фуко, тоже основанного на сохранении вращательного момента. Именно
Фуко придумал название «гироскоп». Фуко, как и Боненбергер, использовал
карданов подвес. Не позже 1853 года Фессель изобрёл другой вариант подвески
гироскопа.

Преимуществом гироскопа перед более древними приборами
являлось то, что он правильно работал в сложных условиях (плохая видимость,
тряска, электромагнитные помехи). Однако вращение гироскопа быстро замедлялось
из-за трения.

Во второй половине XIX века было предложено использовать
электродвигатель для разгона и поддержания вращения гироскопа. Впервые на
практике гироскоп был применён в 1880-х годах инженером Обри для стабилизации
курса торпеды. В XX веке гироскопы стали использоваться в самолётах, ракетах и
подводных лодках вместо компаса или совместно с ним.

Гироскоп — навигационный прибор, основным элементом
которого является быстро вращающийся ротор, закрепленный так, что ось его
вращения может поворачиваться.

Цель курсовой работы изучить свойства гироскопа, углубить
свои теоретические знания, расширить и закрепить их, научиться работать
самостоятельно, приобрести умение формулировать свои суждения, последовательно
их излагать и строить логические доказательства.

Задачей курсовой работы является анализ работы гироскопа
потенциальной чувствительности прибора. На основе свойства взаимности
необходимо рассмотреть минимальную конфигурацию гироскопа. Затем оценить
современное состояние элементной базы. Рассмотреть основные элементы гироскопа.
Основной задачей курсовой работы является рассмотрение ключевых аспектов на
основе анализа погрешностей его элементов и качественной оценки точностных
характеристик устройства с учетом использования различных подходов к решению
проблемы повышения его чувствительности. Отдельно отразить
технико-экономические аспекты работы, вопросы безопасности жизнедеятельности
при проведении исследований, а также проблемы экологической безопасности при
использовании прибора.

Лазерный гироскоп

Действие лазерных гироскопов основано на эффекте Саньяка, названном по имени французского физика Жоржа Саньяка, который в 1913 году построил оптический интерферометр для измерения скорости вращения. Суть эффекта Саньяка в том, что во вращающейся системе координат время прохождения электромагнитной волны по замкнутому контуру отличается от времени его прохождения по такому же контуру в покоящейся системе координат и зависит еще и от направления вращения. Световой луч, создаваемый источником света, разделялся на две части, которые шли в противоположных направлениях по периметру платформы и попадали на интерферометр. По изменению интерференционной картинки можно было судить о скорости вращения системы.

Однако реализовать его в гироскопии стало возможным только после изобретения лазера. Впервые сообщение о возможности создания на основе лазеров принципиально новых измерительных приборов — лазерных гироскопов — было сделано в конце 1962 года будущим лауреатом Нобелевской премии Александром Прохоровым в Физическом институте АН СССР. Но еще за десять лет до появления первых лазеров в Советском Союзе Израиль Берштейн провел экспериментальные исследования эффекта Саньяка в радиодиапазоне по схеме, которая по существу соответствует современной архитектуре построения волоконно-оптических гироскопов. Предпосылок для перенесения этих исследований в оптический диапазон тогда еще не было, но приоритет Израиля Берштейна, предвосхитившего концепцию построения волоконно-оптического гироскопа, признают в России и в СШA.

Одновременно в 1962 году А.Розенталь (США) предложил, а В.Мацек и Д.Дэвис (США) реализовали первый He-Ne лазер с кольцевым резонатором (кольцевой лазер), с которого началось развитие лазерной гироскопии. А одну из первых моделей лазерного гироскопа продемонстрировала компания Lockheed Martin уже в середине 1960-х.

Лазерный гироскоп называется кольцевым, поскольку луч в нем, отражаясь от зеркал, проходит по замкнутому контуру в форме квадрата или треугольника. По кольцевому контуру проходят два луча лазера в противоположных направлениях, навстречу друг другу. Если вся эта система лазера и зеркал неподвижна в инерциальной системе отсчета, то частоты обоих лучей, воспринимаемые детектором, будут одинаковы. Но если эта система будет вращаться вокруг оси, перпендикулярной плоскости траектории лучей, то измеряемые частоты лучей вследствие эффекта Доплера будут различаться. Причем тем сильнее, чем больше угловая скорость вращения. Ее можно определить по интерференционной картинке на детекторе.

Что такое гироскоп в телефоне

Гироскоп в телефоне – это специальный датчик, предназначенный для определения положения устройства в пространстве. Его нельзя назвать новым изобретением, так как подобную технологию можно было встретить уже в 19-ом веке. В то время это был довольно громоздкий прибор, представляющий собой круг, вращающийся вокруг оси. Если объяснять более конкретно, то он был похож на детскую юлу или волчка.

Понятное дело, что в смартфоны устанавливается совершенно другая конструкция. Это небольшой датчик, который обладает длиной в 3-5 мм, высотой в 5 мм, а шириной в 4 мм. Даже несмотря на столь смешные габариты, многие производители не устанавливают его в свои аппараты, стремясь сделать телефон максимально тонким. Гироскоп вычисляет угол наклона устройства относительно земли, а после передаёт полученные данные операционной системе.

Без подобного датчика было бы сложно играть в игры, особенно гонки, где для управления требуется поворачивать смартфон. Качественные гироскопы настолько точные, что способны определять отклонения на 1-2 градуса. Этого достаточно, чтобы вовремя изменить ориентацию экрана телефона или повернуть игрового персонажа.

Кто и когда изобрёл

Как часто бывает, изобретение это оказалось совсем не новым. В начале XIX века гироскоп изобрёл немецкий физик Иоганн Готтлиб Фридрих фон Боненбергер.

В середине XIX века изобретение Боненбергера доработал француз Фуко – тот самый, создатель знаменитого маятника. Тогдашние приборы использовали сложную систему механической балансировки массивного тела, чтобы оно оставалось на месте. А угол наклона тела по отношению к земной оси можно было измерить по изменению положений опор груза. Таким образом, прибор определял направление движения в пространстве через угол наклона к земной оси.

Принцип работы гироскопа в мобильном устройстве несколько иной: чтобы вписаться в миниатюрный чип, используются специальные конденсаторы, которые считывают смещение кристалла внутри чипа и так измеряют его отклонение от оси.

На сегодняшний день гироскоп в телефоне – вещь обязательная. До этого за определение положения отвечали одни только акселерометры – они худо-бедно справлялись, но, как оказалось, можно и лучше. Сегодня используются комбинированные модули из акселерометра и гироскопа, которые позволяют с высокой точностью отслеживать движения и посылать данные на обработку.

Функции гироскопа

Зачем нужен гироскоп в смартфоне? Применение датчика открывает следующие возможности. В первую очередь благодаря элементарному встряхиванию мобильного телефона пользователь способен быстро ответить на входящий звонок. Гироскоп позволяет просматривать изображения, переключать аудиозаписи в плеере, облегчает переворачивание страниц во время просмотра текстовых документов.

Еще зачем гироскоп в смартфоне? Чрезвычайно удобным модуль становится при использовании калькулятора. Благодаря отклонению гаджета в ту или иную сторону можно выбирать функции умножения, деления, вычитать и слагать значения.

Разработчики мобильных устройств нашли применение гироскопу также при работе с различными приложениями и программным обеспечением. При встряхивании некоторых устройств автоматически происходит обновление Bluetooth. Очень удобным наличие модуля становится при необходимости измерения уровней и углов наклона.

Гироскоп незаменим в случае работы с электронными картами. Модуль дает возможность определять точное положение пользователя на определенной местности. При запуске навигатора карта будет менять положение вслед за поворотом человека. Если пользователь развернется лицом к тому или иному объекту, это сразу же отобразится на визуальной схеме. Такая функция будет крайне полезной для людей, которые увлекаются активным отдыхом, в частности путешествиями и ориентированием на местности.

Без гироскопа не могут обойтись любители мобильных игр. Функциональный модуль способствует созданию более реалистичной картинки и облегчает управление. Особенно правдоподобными благодаря гироскопу становятся всевозможные симуляторы, шутеры, трехмерные бродилки. Чтобы езда на виртуальной машине либо полет на самолете казались более реальными, достаточно изменения положения смартфона в одной из плоскостей.

Если пользователь мобильного телефона в дальнейшем планирует использовать шлем виртуальной реальности, в таком случае наличие гороскопа выступает обязательным условием. Без датчика станет невозможным отслеживание системой смартфона поворотов головы, перемещения человека в пространстве.