Акселерометры и гироскопы в современной технике

Подробности

Категория: Тесты

Опубликовано 03.05.2013 15:59

Широкую известность датчикам движения принесла культовая игровая консоль Wii и контроллер Wii Remote. Акселерометр, установленный здесь, определяет положение пульта в пространстве по трем осям координат. Такой подход позволяет управлять действием, размахивая руками.		Тренажер на базе роторного гироскопа позволит не только занять отдельные части тела спортом, но и получить массу веселья.

В современной технике все чаще используются дополнительные приборы, которые повышают удобство эксплуатации, надежность и безопасность. В частности, жесткие диски нуждаются в защите от ударов и падений. Для того чтобы увеличить срок их службы используются акселерометры. О практической пользе последних и других сферах применения мы и поговорим в данной статье.

Жесткие диски

Если говорить о конкретном определении, то акселерометр – это прибор, измеряющий ускорение. Название происходит от латинского acellero (ускоряю) и metreo (измеряю). Наиболее активно технология измерения ускорения применяется в ноутбуках Macbook и телефонах iPhone. На основе данной технологии построены многочисленные игры, программы, системы управления. Для примера возьмем винчестер. Существует два подхода к защите дисков от внешних воздействий – активный и пассивный. С последним все просто. Производители заливают пространство между корпусом и винчестером составами, поглощающими удар. Обычно это резина или гели. Но такими методами нельзя защитить накопители от падения с высоты более 1,5 метров. Активные методы защиты могут быть тоже разделены на два варианта. Во-первых, можно увеличить объем кэш-памяти диска (таковой оснащены фактически все современные модели). За счет этого происходит снижение количества операций чтения и записи. Так, кстати, уменьшается и энергопотребление, и тепловыделение. Но этот метод не спасает, если в момент удара производилось обращение к диску, да и дополнительной памятью комплектовать винчестеры дорого. В результате самым оптимальным методом сегодня остается использование акселерометра. В случае падения ноутбука или плеера генерируется сигнал, и по команде головки диска моментально устанавливаются в безопасное положение. Впервые такой метод был использован компанией IBM для защиты накопителей в ноутбуках еще в 2003 году.

Автомобили

Системы стабилизации нуждаются в применении гироскопов. Большинству компьютерных пользователей известна мышь Logitech MX Air, которая наряду с акселерометрами успешно использует твердотельные гироскопы. Еще один интересный пример – система стабилизации движения автомобиля. Такое устройство, наряду с акселерометром, не может обойтись и без пьезокерамического гироскопа. Его роль достаточно проста. При спуске с горы водитель может притормаживать, соблюдая скоростной режим, однако на акселерометр действует сила притяжения Земли, которая заставит прибор завысить действительную скорость. Задача гироскопа – внести коррекцию, учесть угловую скорость, что позволяет внести необходимые поправки. Компания General Motors комплектует некоторые автомобили и более продвинутыми устройствами – так называемыми «бортовыми самописцами». Правда, такой прибор можно приобрести и отдельно по цене от $100 до $200. Вообще спектр применения акселерометров в автотехнике чрезвычайно широк. В частности, существуют варианты сигнализации, когда акселерометр фиксирует попытку подъема  или эвакуации автомобиля. Интересна также система подавления шума. Акселерометры способны выявлять низкочастотную вибрацию. Сигнал передается системе управления, и тот же самый шум в противофазе передается на динамики стереосистемы. Такая технология пока что существует только в виде идеи, поскольку практическая реализация сегодня крайне сложна. Очень дорогие автомобили оснащены системой выравнивания курсовой устойчивости – когда акселерометр, базируясь на данных, полученных с навигатора, не дает автомобилю уйти с правильного маршрута. Они, кстати, также неэффективны, поскольку особой точностью похвастаться не могут.

Гироскопы

Использование акселерометров в большинстве случаев сопутствует использованию гироскопов. Так достигается универсальный конклав, позволяющий создать очень интересные устройства. Надо сказать, что гироскоп – это, прежде всего, устройство для определения положения тела в пространстве. Самым популярным является роторный гироскоп, который представляет собой быстро вращающееся твердое тело. Основное свойство такого гироскопа – сохранение в пространстве неизменного направления оси вращения при отсутствии воздействия на нее моментов внешних сил.

Развлечения

Гироскопы уже давным-давно используются для многочисленных развлечений. Сегодня на основе гироскопов изготавливают детские волчки, йо-йо, а также кистевые тренажеры. Последний, надо сказать, очень популярен. Тренажер Powerball имеет несколько модификаций. Сегодня к таковому прилагается диск с упражнениями, а сам он может быть изготовлен из дорогих материалов. Фанаты даже ставят на них рекорды скорости.

Спорт и здоровье

Некоторые компании, производящие горнолыжное и сноубордическое оборудование, всерьез озадачились проблемой автоматических креплений. Если неудачливый лыжник падает с горы, то тут велика вероятность не только сами лыжи поломать, но еще и ноги. Однако акселерометр при сильном ударе способен освободить крепления. Основная задача здесь – реализация недорогих систем питания, способных работать нормально при низких температурах. Более эффективное использование акселерометров можно наблюдать в нейромышечных стимуляторах. Человек, который после аварии или травм потерял способность контролировать мышцы, может получать возможность двигаться за счет стимуляции в определенные моменты времени. Во время ходьбы передняя часть стопы поднимается при движении вперед, а при окончании шага опускается вниз. Акселерометр дает сигнал о положении ноги, а соответствующие мышцы стимулируются электрическими импульсами, чтобы управлять подъемом, как требуется.