Реферат: Гіроскопи в науці і техніці
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.
Гіротеодоліт
- гіроскопічні візирної пристрій, призначенийдля визначення справжнього
азимута. Гіротеодоліт служить для визначення азимута (пеленга) орієнтована
напрямки і широко використовується при проведенні маркшейдерських, геодезичних,
топографічних та інших робіт.
Принципом
дії гіротеодолітів є гірокомпас і належить до типу наземних гірокомпасів, за
допомогою яких можна визначити напрямок географічного меридіана. Гіроскопічне
орієнтування точніше магнітного і займає менше часу, ніж астрономічне
вимірювання азимута.
5 Системи стабілізації
Системи
стабілізації бувають трьох основних типів:
1.Система
силової стабілізації (на
2-статечних гіроскопах).
Для
стабілізації навколо кожної осі потрібен один гіроскоп. Стабілізація
здійснюється гіроскопом і двигуном розвантаження, на початку діє гіроскопічний
момент, а потім підключається двигун розвантаження.
2.Система
індикаторно-силової стабілізації
(на 2-статечних гіроскопах).
Для
стабілізації навколо кожної осі потрібен один гіроскоп. Стабілізація
здійснюється тільки двигунами розвантаження, але на початку з'являється
невеликий гіроскопічний момент, яким можна знехтувати.
3.Система
індикаторної стабілізації (на
3-статечних гіроскопах)
Для
стабілізації навколо двох осей потрібен один гіроскоп. Стабілізація
здійснюється тільки двигунами розвантаження.
Система
стабілізації Glidecam 2000 Pro. Підходить для камер вагою до 3-х кг. Це сама розповсюджена
система стабілізації у весільному відео, через свою простоту і невисоку ціну, ідеально
підходить для камер Sony VX2100, Panasonic DVX100, Canon XM-2 та інших. Країна
виготовлення - США
Основа
якісної професійної зйомки - стабільне зображення. Нестабільність кадру -
властивість, що характеризує практично будь-яку улюблену
зйомку. Використання штатива звісно
рятує ситуацію, і в більшості випадків цього цілком достатньо. Але що робити,
коли хочеться зняти камеру зі штатива і рухатися разом з об'єктом зйомки? Який
вихід?
У
кіноіндустрії відповідь давно знайдена - Steadicam, винахідник якого
кінооператор Гаррет Браун.
Головне
у зображенні, яке дає стедікам, полягає в тому, що воно максимально наближене
до звичної картинки сприйняття світу кожним з нас, стедікам згладжує всі шорсткості знятого руху.
Глядачеві на екрані пропонують динамічну картинку таку, яку би він побачив в
житті, без додаткової авторської експресивності. Адже коли ми дивимося на світ,
перед нами нічого не смикається. У нас в мозку існує своєрідна стабілізація
образу руху. І таке бачення абсолютно не схоже на зйомку з рук. Операторський екран,
візок, стедіки - це способи створення максимально комфортного кінозображення
для глядача.
Існують
зйомки у занижених або завищених точках, з стабіком коли можна стати на
операторський кран або політати. Але на 80% зйомок стабіком використовується
тоді, коли потрібно показати точку зору людини, яка йде в гущі людей, по
сходах, в горах, то є, коли потрібна імітація вільної камери. Зазвичай це
відбувається в тих місцях, де не можна або складно прокласти рейки: на сходових
майданчиках, автомобільних трасах, на пересіченій місцевості.
6 Нові типи гіроскопів
Постійно
зростаючі вимоги до точності і експлуатаційним характеристикам гіроприладів
змусили вчених та інженерів багатьох країн світу не тільки вдосконалити
класичні гіроскопи з обертовим ротором, але і шукати принципово нові ідеї, що
дозволили вирішити проблему створення чутливих датчиків для вимірювання і
відображення параметрів кутового руху об'єкта.
В
даний час відомо більше ста різних явищ і фізичних принципів, які дозволяють
вирішувати гіроскопічні завдання. У Росії і США видані тисячі патентів та
авторських свідоцтв на відповідні відкриття та винаходи.
Оскільки
прецизійні гіроскопи використовуються в системах наведення стратегічних ракет
великої дальності, під час холодної війни інформація про дослідження, що
проводяться в цій області, класифікувалася як секретна.
Перспективним
є напрям розвитку квантових гіроскопів.
Перспективи
розвитку гіроскопічного приладобудування.
Соьгодні
створені достатньо точні гіроскопічні системи, що задовольняють велике коло
споживачів. Скорочення коштів, що виділяються для військово-промислового
комплексу в бюджетах провідних світових країн, різко підвищило інтерес до
цивільних застосуванням гіроскопічної техніки. Наприклад, сьогодні широко
поширене використання мікромеханічних гіроскопів в системах стабілізації
автомобілів або відеокамер.
На
думку прихильників таких методів навігації, як GPS і ГЛОНАСС, видатний прогрес
у сфері високоточної супутникової навігації зробив непотрібними автономні
засоби навігації (в межах зони покриття супутникової навігаційної системи
(СНС), тобто в межах планети). В даний час СНР системи за параметрами маси,
габаритів і вартості перевершують гіроскопічні.
Зараз
розробляється система навігаційних супутників третього покоління. Вона
дозволить визначати координати об'єктів на поверхні Землі з точністю до одиниць
сантиметрів у диференціальному режимі, при знаходженні в зоні покриття
коригуючого сигналу DGPS. При цьому нібито відпадає необхідність у використанні
курсових гіроскопів. Наприклад, установка на крилах літака двох приймачів
супутникових сигналів, дозволяє отримати інформацію про поворот літака навколо
вертикальної осі.
Проте
системи GPS виявляються нездатні точно визначати положення в міських умовах,
при поганій видимості супутників. Подібні проблеми виявляються і в лісистій
місцевості. Крім того СНС залежить від процесів в атмосфері, перешкод і
перевідбиттів сигналів. Автономні ж гіроскопічні прилади працюють в будь-якому
місці - під землею, під водою, в космосі.
У
літаках GPS виявляється точніше акселерометрів на довгих ділянках. Але
використання двох GPS-приймачів для вимірювання кутів нахилу літака дає похибки
до декількох градусів. Підрахунок курсу шляхом визначення швидкості літака за
допомогою GPS також не є достатньо точним. Тому, в сьогоднішніх навігаційних
системах оптимальним рішенням є комбінація супутникових гіроскопічних систем, так
звана інтегрована (комплексірована) ІНС / СНС система.
За
останні десятиліття, еволюційний розвиток гіроскопічної техніки підступив до
порога якісних змін. Саме тому увага фахівців в області гіроскопії зараз
зосередилася на пошуку нестандартних застосувань таких приладів. Відкрилися
абсолютно нові цікаві завдання: розвідка корисних копалин, передбачення
землетрусів, надточне вимір положень залізничних шляхів і нафтопроводів,
медична техніка та багато інших.
Висновки
Гіроскоп-тверде тіло, швидко обертається навколо наявного у нього
осі обертання. При цьому вісь обертання гіроскопа повинна мати можливість
вільно повертатися в просторі, для чого гіроскоп звичайно закріплюють у т. н.
кардановому підвісі. Основна властивість гіроскопа з 3 ступенями свободи
полягає в тому, що його вісь стійко зберігає придане їй первинний напрям
(напр., на яку-небудь зірку). Якщо ж на такий гіроскоп починає діяти сила, то
його вісь відхиляється не в бік дії сили, а в напрямку, перпендикулярному до
неї; в результаті гіроскоп починає процесувати. Властивість гіроскопа широко
використовується в різних навігаційних приладах - гірокомпас, гіровертикалі та
інші, а також для стабілізації руху літаків (автопілот), ракет, морських суден,
торпедах.
Гірокомпас - навігаційний
прилад, створений за принципом безперервного обертання осі гіроскопа. У такий
спосіб горизонтально розташована вісь завжди вказує ширший північний напрямок
незалежно від курсу й положення судна.
Отже,
непряма стабілізація полягає в тому, що об'єкт (в нашому випадку платформа)
утримується в заданому положенні за рахунок роботи замкнутої системи, що
служить чутливим елементом якої є гіроскоп. Гіроскоп служить індикатором,
виявляє відхилення об'єкта, і видає керуючий сигнал для ліквідації цього
відхилення навколо будь-якої з двох аємноперпендикулярних осей, а тривісний
повністю ізолює, що стабілізується об'єкт від будь-яких обертальних рухів, що
здійснюються кораблем чи літаком.
Страницы: 1, 2, 3, 4 |