El principio del giroscopio en el iPod touch4
Aplicación de la aplicación
Giroscopio de tres ejes
El sensor de velocidad angular y el sensor de aceleración no son necesariamente giroscopios, solo simples acelerómetros. El indicador en un avión, barco o misil es un indicador de dirección, que es un pequeño volante (giroscopio) montado en un pequeño marco que puede girar libremente. En este dispositivo, el par de fricción del rodamiento es muy pequeño y puede ignorarse. Las estructuras rígidas, por otro lado, son muy simétricas con su centro de masa centrado en el centro de la biela. De esta forma, cuando el volante gira alrededor de su propio eje de simetría a alta velocidad, no importa cómo cambie la orientación del marco, la orientación espacial de su eje central permanece sin cambios. (El término técnico es que el momento resultante del indicador de dirección es cero y su momento angular se conserva). Esta es una característica importante del indicador de dirección. Si se instalan tres indicadores de dirección en la aeronave y los ejes de rotación de los tres pequeños volantes son perpendiculares entre sí, el piloto puede determinar la orientación espacial de la aeronave señalando la posición del eje del volante con respecto al fuselaje. El barco está equipado con un indicador de dirección que los marinos pueden utilizar para determinar el rumbo del barco en navegación marítima. Los torpedos y cohetes también están equipados con indicadores de dirección, que funcionan como navegación automática. Durante el avance del torpedo, el eje del indicador de dirección permanece sin cambios. Cuando el rumbo del torpedo cambia debido a la influencia del viento y las olas, el eje longitudinal del torpedo se desviará del indicador de dirección. En este momento, se pueden iniciar los instrumentos pertinentes para cambiar el ángulo del timón y devolver el torpedo a su rumbo original. En un cohete, la dirección de vuelo se corrige cambiando la dirección del chorro. En ingeniería, un giroscopio es un instrumento que puede determinar con precisión la orientación de un objeto en movimiento. Es un instrumento de navegación inercial ampliamente utilizado en las industrias modernas de aviación, navegación, aeroespacial y de defensa. Su desarrollo tiene una importancia estratégica importante para el desarrollo de la industria, la defensa nacional y otras altas tecnologías de un país. El giroscopio inercial tradicional se refiere principalmente a un giroscopio mecánico, que tiene altos requisitos en cuanto a la estructura del proceso, estructura compleja y precisión restringida en muchos aspectos. Desde la década de 1970, el desarrollo de los giroscopios modernos ha entrado en una nueva etapa. En 1976, otros propusieron la idea básica del moderno giroscopio de fibra óptica. Después de los años 80, los giroscopios de fibra óptica modernos se desarrollaron muy rápidamente. Al mismo tiempo, los giroscopios de resonancia láser también lograron grandes avances. Debido a que los giroscopios de fibra óptica tienen las ventajas de una estructura compacta, alta sensibilidad y operación confiable, han reemplazado completamente a los giroscopios mecánicos tradicionales en muchos campos y se han convertido en un componente clave de los instrumentos de navegación modernos. Con el desarrollo de los giroscopios de fibra óptica, no solo existen giroscopios láser de anillo, sino también giroscopios de vibración integrados modernos, que están más integrados y son más pequeños. También son una importante dirección de desarrollo de los giroscopios modernos. Los giroscopios de fibra óptica modernos incluyen giroscopios de interferencia y giroscopios resonantes, ambos desarrollados basándose en la teoría de Segnik. La esencia de la teoría de Segnik es la siguiente: cuando un haz de luz se propaga en un canal anular, si el propio canal anular tiene una velocidad de rotación, entonces el tiempo de propagación del haz de luz en la dirección de rotación del canal es más largo que en el sentido opuesto. dirección. Es decir, cuando el bucle óptico gira, la trayectoria óptica del bucle óptico cambia en diferentes direcciones con respecto a la trayectoria óptica del bucle cuando está estacionario. Aprovechando este cambio en la trayectoria óptica, se puede fabricar un giroscopio interferométrico de fibra óptica si la velocidad de rotación del bucle se mide por la interferencia entre la luz que viaja en diferentes direcciones. Si aprovecha este cambio en la trayectoria óptica, es decir, ajustando la frecuencia de resonancia de la luz en el bucle de fibra y luego midiendo la velocidad de rotación del bucle para lograr interferencia entre la luz que circula en el bucle, puede crear un Giroscopio resonante de fibra óptica. De esta simple introducción se puede ver que la diferencia de trayectoria óptica del giroscopio de interferencia es pequeña, por lo que la fuente de luz que requiere puede tener un ancho espectral mayor, mientras que la diferencia de trayectoria óptica del giroscopio resonante es mayor, por lo que la fuente de luz requiere Debe tener buena monocromaticidad. En 2010, Apple incorporó de forma innovadora un "giroscopio de tres ejes" en su nuevo producto iPhone 4 para hacer más inteligente el sentido de dirección del iPhone. A partir de entonces, los teléfonos móviles también tienen un "sensor" como el de un avión que pueden saber dónde se encuentran.
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Recientemente, dos instituciones de investigación técnica llevaron a cabo una investigación fotográfica detallada sobre el nuevo giroscopio MEMS del iPhone 4 y desenterraron algunos de los misterios del nuevo giroscopio del iPhone 4. Estas agencias también señalaron que originalmente se planeó agregar este diseño de giroscopio a otro nuevo producto de la tableta iPad de Apple, pero luego se abandonó por alguna razón, pero es posible agregar esta función al iPad de próxima generación. El sitio web UBMTechInsights descubrió que el chip giroscópico utilizado en el iPhone 4 es en realidad un producto de STMicroelectronics, que es un chip giroscópico de tres ejes. Esta empresa también proporciona chips sensores de aceleración para productos iPhone y iPad. El analista senior de TechInsights, Steve Bitton, descubrió que los modelos de iPad de Apple tienen una ranura de chip vacía en sus placas base. El área del chip vacante se ajusta exactamente al tamaño del chip giroscópico del iPhone 4. La ubicación del chip vacante está justo al lado del chip del sensor de aceleración y también cerca del chip del procesador. Este descubrimiento sugiere que Apple originalmente planeó instalar un giroscopio de tres ejes en el iPad, pero finalmente abandonó este plan. Quizás agreguen este chip al iPad en el futuro. Sin embargo, el número de pines reservados para este espacio en la placa base del iPad no es consistente con el chip giroscópico desarrollado por STMicroelectronics para el iPhone 4, pero sí con un chip con funcionalidad similar desarrollado por otro fabricante, InvenSense. Giroscopio "Cuando se lanzó por primera vez el iPad de Apple, InvenSense era el único fabricante en el mercado que podía proporcionar un chip de giroscopio digital de tres ejes, por lo que es posible que Apple tuviera la intención de elegir el chip de este fabricante en ese momento. Se puede ver que Apple lo hizo. planeaba agregarlo al chip giroscopio del iPad, pero finalmente abandonó este plan "IFixit fue un paso más allá y tomó fotografías y analizó la estructura interna del giroscopio del iPhone 4. También descubrieron que el chip fue fabricado por STMicroelectronics y que el empaque del chip tenía impresas las palabras "AGD1 2022 FP6AQ". Este chip giroscópico MEMS (sistema microelectromecánico) integra un sistema de micromotor y se puede utilizar para medir los datos de dirección del movimiento del teléfono móvil. Al tomar radiografías del chip, los investigadores descubrieron que el chip era muy similar al L3G4200D lanzado por STMicroelectronics. El chip contiene un pequeño imán que puede desplazarse en las direcciones X, Y, Z, Y y Z bajo la acción de la fuerza de Coriolis generada cuando el teléfono gira. Utilizando este principio, se puede medir la dirección de movimiento del teléfono móvil. Otra parte del núcleo del chip puede convertir datos de detección relevantes a un formato digital que el iPhone4 pueda reconocer. Además, los sitios web de iFixit y Chiwporks también incluyen algunas imágenes ampliadas de otros chips de giroscopio MEMS. Los lectores interesados pueden disfrutarlas: