Зміст
Вступ
1 Гірополукомпаси. Гірокомпас Фуко
2 Гіростабілізатори
3 Гіроскопи в науці
4 Використання гіроскопів в техніці
5Системи стабілізації
6 Нові типи гіроскопів
Висновки
Список використаних джерел
Вступ
Традиційнийгіроскоп — пристрій, що містить швидкообертове тверде тіло, яке має триобертові ступеня вільності, тобто можливість обертання навколо трьохвзаємно-перпендикулярних осей. У більш широкому сенсі гіроскоп — це любийфізичний прилад який дозволяє визначити кутову швидкість рухомого об’єкту, абойого кут повороту.
Вісьу тілі (роторі) гіроскопа, навколо якої гіроскопу надано швидкого обертання,називають головною віссю гіроскопа або віссю власного обертання.
Гіроскопмає три характерні властивості:
— стійкість положення головної осі в інерціальному просторі, тобто здатністьефективно опиратися зовнішнім силам, які прагнуть змінити напрямок головної осіу просторі;
— прецесії: якщо на гіроскоп діє постійний момент сил, який прагне змінитинапрямок головної осі, то головна вісь набуває обертання з постійною кутовоюшвидкістю у площині, яка проходить через головну вісь і вісь прикладеногомоменту сил;
— нутації: якщо на гіроскоп подіяв ударний імпульс сил, який прагне зміститиположення головної осі, то головна вісь починає здійснювати коливання (звеликою частотою і вельми малою амплітудою), описуючи у просторі конічнуповерхню з вершиною у точці підвісу.
Сучаснігіроскопи основані на вимірюванні вібраційних та хвильових параметріврезонаторів різних типів (механічних, оптичних, тощо). Принципи їх дії основаніна ефектах Сань’нка, Фермі, Брайана (інерції стоячих хвиль у пружньому кільціта у вісесиметричних оболонках), ефекті інерціі поляризації пружніх хвильзсуву, тощо.
Прилади,що використовують властивості гіроскопа, застосовуються в ряді галузей науки ітехніки, зокрема в системах навігації літальних апаратів.
Довинаходу гіроскопа людство використовувало різні методи визначення напрямку упросторі. Здавна люди орієнтувалися візуально по віддалених предметів, зокрема,за Сонцем. Вже в давнину з'явилися перші прилади: схил і рівень, засновані награвітації. У середні століття в Китаї був винайдений компас, який використовуємагнетизм Землі. У Європі були створені астролябія та інші прилади, заснованіна положенні зірок.
Гіроскоп,винайдений Фуко (побудував Дюмолен-Фромент, 1852). Гіроскоп винайшов ЙоганнБоненбергер і опублікував опис свого винаходу в 1817 році. Проте французькийматематик Пуассон ще в 1813 році згадує Боненбергера як винахідника цьогопристрою. Головною частиною гіроскопа Боненбергера був обертовий масивна куляв кардановому підвісі. У 1832 році американець Уолтер Р. Джонсон придумавгіроскоп з обертовим диском. Французький вчений Лаплас рекомендував цейпристрій в навчальних цілях. У 1852 році французький учений Фуко удосконаливгіроскоп і вперше використав його як прилад, що показує зміну напряму (в даномувипадку — Землі), через рік після винаходу маятника Фуко, теж заснованого назбереженні обертального моменту. Саме Фуко придумав назву «гіроскоп». Фуко, які Боненбергер, використовував карданів підвіс. Не пізніше 1853 Фессель винайшовінший варіант підвіски гіроскопа [7., ст. 202].
Перевагоюгіроскопа перед більш давніми приладами є те, що він правильно працює вскладних умовах (погана видимість, тряска, електромагнітні перешкоди). Однакгіроскоп швидко зупинявся через тертя.
У другійполовині XIX століття було запропоновано використовувати електродвигун длярозгону і підтримки руху гіроскопа. Вперше на практиці гіроскоп бувзастосований у 1880-х роках інженером Обрі для стабілізації курсу торпеди. У XXстолітті гіроскопи стали використовуватися в літаках, ракетах і підводнихчовнах замість компаса або спільно з ним.
1 Гірополукомпаси. Гірокомпас Фуко
Однієюз найважливіших величин, знання яких необхідно для водіння корабля або літака,є курс. Визначення курсу можна робити магнітним компасом або за допомогоюгіроскопічних приладів. Як відомо, стрілка магнітного компаса вказує напрямокна Північ (точніше — на північний магнітний полюс, який дещо зміщений щодогеографічного полюса Землі). Вимірюючи на кораблі кут між напрямом магнітноїстрілки і поздовжньою віссю корабля, отримують курс. Однак магнітний компас — вельми недосконалий прилад: показання його спотворюються присутністю залізнихмас, магнітними бурями та іншими перешкодами. При поворотах корабля слідом заним захоплюється і магнітна стрілка, відхиляючись при цьому на значний кут відмеридіана. Зважаючи на це отримали розвиток гіроскопічні покажчики курсу: гірокомпас,гирополукомпас і ДРД гірокомпас з чутливим елементом, що вказує на правліннямеридіана. Властивість цього приладу така, що його гіроскоп сам встановлюєтьсясвоєю віссю в напрямку на Північ. Цей напрямок є положенням його стійкоїрівноваги; якщо відхилити гіроскоп від цього напрямку і надати самому собі, вінзнову до нього повернеться. Гірокомпас використовуються тільки на морськихсудах і абсолютно не застосовуються в авіації, тому що при сучасних швидкостяхпольоту вони мають неприпустимо великі похибки.
Уявімособі, що на кораблі, що рухається яким-небудь чином здійснили горизонтальнуплощадку (при відсутності хитавиці це може бути, наприклад, палуба корабля) іна ній встановили гіроскоп в кардановому підвісі. При цьому орієнтували гіроскоптаким чином, що зовнішня вісь підвісу перпендикулярна майданчику і, отже,спрямована по вертикалі, а вісь гіроскопа спрямована на Північ. При такійустановці три осі карданового підвісу (вісь зовнішньої рамки, вісь внутрішньоїрамки і вісь гіроскопа) збігаються з осями географічного координатноготригранника.
Протезазначений збіг має місце лише в першу мить, так як вісь вільного гіроскопазберігає свій напрям в просторі незмінним, а географічний тригранникобертається як внаслідок обертання Землі, так і внаслідок руху корабля щодоземної сфери. Спостерігачеві, що знаходиться на кораблі, буде здаватися, щозмінює своє положення не горизонтальна площина і не полуденна лінія (вісь 0х),а вісь гіроскопа. Спостережувана зміна положення осі гіроскопа по відношенню доземних орієнтирів (або географічному тригранників) називається видимим, абоудаваним рухом гіроскопа.
Такимчином, гірокомпас Фуко в найпростішому вигляді являє собою двоступеневийгіроскоп з вертикальним розташуванням осі гірокамери. Детальне дослідженняцього приладу показує, що якщо в початковий момент вісь гіроскопа відхилена відлінії SV на малий кут, то вона стане здійснювати біля цієї лініїгармонійні коливання. Якщо штучно створити на осі Z момент в'язкого тертя(тобто гальмуючий момент, пропорційний кутовий швидкості обертання гирокамери),то ці коливання стануть затухаючими і вісь гіроскопа встановиться в напрямкуполуденної лінії або, як прийнято говорити, гирокомпас прийде в меридіан [9., ст.158].
Принципдії гірокомпаса Фуко застосовуються тільки, для роботи на нерухомому підставі.Справа в тому, що навіть малі похитування майданчики П (відхилення її від горизонтальногоположення) обурюють гірокомпас і свідчення його стають нестійкими. В умовахкорабля можна було б здійснити двоступеневої гірокомпас Фуко, якщо необхіднийдля нього горизонтальний майданчик П створити штучно за допомогою, наприклад,гіроскопічної стабілізації. Але при цьому потрібна була б настільки високаточність підтримки горизонтального положення цього майданчика, яка чи досяжнапрактично. Тому проблема гірокомпаса, придатного для корабельних умов,вирішується трохи інакше, хоча і з використанням основної ідеї Фуко.
Обертаннявідбуватиметься навколо осі зовнішньої рамки, при цьому вісь гіроскопа зробитьза добу один повний оборот за годинниковою стрілкою.
Поставимогіроскоп в деяку довільну точку О Північної або Південної півкулі Землі, будемоспостерігати безперервну зміну положення осі гіроскопа як по відношенню доплощини меридіана, так і по відношенню до площини горизонту, що відбуваєтьсявнаслідок добового обертання Землі. Однак можна змусити вісь гіроскопаслідувати за цими площинами, прикладаючи до гіроскопа відповідні моменти. Якповинні бути розраховані ці моменти?
Якщовісь гіроскопа завжди залишається у площині горизонту і площини географічногомеридіана, то це означає, що вона збігається з віссю О. і що є лінією перетинуцих площин. Оскільки вісь О обертається навколо осі OХ, з кутовою швидкістю W і навколо осі ОХ з кутовий швидкістю т-то швидкістькінця вектора Н матиме проекції на осі ОХ і по У відповідно рівні. Згідно зтеоремою Резаля, такий рух гіроскопа можливо лише тоді, коли до нього включенімоменти.
Такимчином, прикладаючи розраховані за формулою моменти МХ і MY щодо осейвнутрішньої і зовнішньої рамок, перетворюємо вільний гіроскоп в гірополукомпас.Якщо виставити спочатку його вісь у напрямку Південь — Північ, то вона будеслідувати за цим напрямком. Застосовуються (головним чином в авіації) і такіЦПК, які вказують напрямок ортодромічного меридіана, дотична до ортодромічногомеридіану що бертається в просторі довкола вертикалі місця зі швидкістю.
В цьомувипадку вісь гіроскопа, установлена спочатку по дотичній до ортодромічногомеридіана, зберігає цей напрямок і надалі. На гіроскоп будуть діяти відносноцієї ж осі всякого роду шкідливі моменти, породжувані силами тертя, дебалансів(неточним збігом центру ваги гіроскопа з точкою опори), та інші, величина інапрям яких наперед невідомі. Ці моменти викличуть додаткове обертаннягіроскопа навколо осі O, внаслідок чого його вісь буде, або відставати віднапрямку меридіана, або випереджати його. Це явище називають «відходом», або «дрейфом»,гіроскопа.
Приконструюванні і виготовленні приладу вживаються заходи до того, щоб зменшитизазначені шкідливі моменти, а відставати від напрямку меридіана, абовипереджати його. Це явище називають «відходом», або «дрейфом», гіроскопа.
Яквказувалося вище, гіроскопічні компаси застосовують головним чином на морськихкораблях і підводних човнах. Їх призначення — вказувати напрям географічногомеридіана. Однак область застосування гірокомпасів не обмежується морськимиоб'єктами. Існують гірокомпас для сухопутних рухомих установок, а такожгірокомпас, що працюють на нерухомій відносно Землі підставі. Такі, наприклад,маркшейдерський гірокомпас, що вживається при проходці тунелів, або гіротеодоліт,що дозволяє з великою точністю визначити напрям меридіана на суші (набагатоточніше, ніж це можна зробити за допомогою магнітного компаса). Нарешті,гіроорбітант, застосовуваний на супутниках Землі для визначення положенняплощини орбіти супутника, також є свого роду гіроскопічним компасом.
2 Гіростабілізатори
На рухомихоб'єктах у ряді випадків потрібно мати незмінне або, як прийнято говорити,стабілізоване в просторі положення окремих блоків, приладів і пристроїв, якемає зберігатися за будь-яких поворотах об'єкта. Наприклад, в системахуправління літаком, ракетою або кораблем штучно отримують стабілізовануплатформу, щодо якої контролюють кутове положення рухомого об'єкту.Стабілізують оптичні осі телескопів, спрямованих на будь-яке світило, оптичніосі фотоапаратів, бомбові та артилерійські приціли, знаряддя та ін.
Найбільшточна і надійна стабілізація може бути здійснена за допомогою гіроскопічнихпристроїв, що одержали назву гіростабілізаторів. Описанний стабілізаторназивають одноосьовим, так як він запобігає обертанню платформи навколо однієїлише осі; в нашому випадку — це вісь паралельна поперечної осі корабля; пригойданні корабля навколо поздовжньої осі (бортова хитавиця) платформа змушенабуде гойдатися разом з ним. Існують і частіше застосовуються більш складністабілізатори — двовісні і тривісні. Як показує їх назву, двовіснийстабілізатор запобігає обертання стабілізіруємого об'єкта навколо будь-якої здвох взаємно перпендикулярних осей, а тривісний повністю ізолює, щостабілізується об'єкт від будь-яких обертальних рухів, що здійснюються кораблемчи літаком.
Уряді випадків більш доцільно буває здійснити не непряму, а силову гіроскопічнустабілізацію. Найпростішим силовим гіростабілізатором є одноосьовийстабілізатор .
Такимчином гірокомпас Фуко в найпростішому вигляді являє собою двоступеневийгіроскоп з вертикальним розташуванням осі гірокамери. Якщо штучно створити наосі Z момент в'язкого тертя (тобто гальмуючий момент, пропорційний кутовийшвидкості обертання гірокамери), то ці коливання стануть затухаючими і вісьгіроскопа встановиться в напрямку полуденної лінії або гірокомпасмаркшейдерський — вибухобезпечний гіроскопічний прилад, призначений длявизначення дирекційних кутів сторін при орієнтуванні підземної маркшейдерськоїзйомки, розвитку, поповненні та реконструкції підземних маркшейдерських опорнихмереж, а також при маркшейдерсько-геодезичних роботах на поверхні. Складається вінз гіроблока, вимірювального блока та блока живлення. Період коливання Г.м. —проміжок часу, за який вісь гірокомпаса виконує одне повне коливання від однієїкрайньої точки (точки реверсії) до другої крайньої точки і повертається впочаткове положення[9., 112].
Гірокомпасмаятниковий — гіроскопічнийпристрій для визначення напрямку географічного меридіана. В основі принципу діїГ.м. лежать кутова швидкість обертання Землі і властивості гіроскопа. Центрваги вільного гіроскопа зміщено відносно точки підвісу. Головна вісь Г.м.робить гармонійні коливання, положення рівноваги яких збігається з напрямкомгеографічного меридіана точки установки приладу[10., ст. 321].
Гірокомпасназемний — гіроскопічний прилад,що складається з гіроблока (гірокомпаса маятникового), теодоліта завтоколімаційною трубою, жорстко зв'язаною з алідадою, перетворювача йакумуляторної батареї. Г.н. призначається для орієнтування у всіх випадках,коли положення приладу — весь період орієнтування на даній точці залишаєтьсянезмінним. До наземних гірокомпасів належать власне гірокомпаси і гіротеодолітияк прийнято говорити, гірокомпас прийде в меридіан.
В гіроскопі з електростатичним підвісом ротор є порожнистоюсферою, зовнішня поверхня якої має високу провідність. Ротор поміщається міжелектродами, до яких підводиться висока напруга, регульована спеціальноюстежачою системою. Під дією електростатичних сил ротор центрується в просторіміж електрода
При установці на кораблі Г. з маятникової корекцією визначаютькути бортової і кільової хитавиці, а на літальному апараті — кути крену ітангажа. Застосовуються в системах автоматичної стабілізації різних рухомихоб'єктів, в заспокоювача хитавиці корабля, для стабілізації літального апаратута інших, а також для визначення викривлення бурових свердловин, шахт і т.д.
3 Гіроскопи в науці
Вданий час деякі моделі мобільних телефонів та ігрових контролерів обладнуютьсядатчиками прискорення, так званими акселерометра. Такі датчики дозволяютьуправляти цими пристроями, здійснюючи ними нескладні рухи в просторі. Тепер,завдяки новій розробці компанії STMicroelectronics управління за допомогою рухустане ще функціональнішим. Ця нова розробка є твердотілий гіроскоп, якийздатний визначити точне положення пристрою в просторі.
Цейгіроскоп здатний визначити положення по ортогональних осях координат X, Y і Z.Кут визначення по кожній з осей становить 360 °, а точність визначення єдостатньою для використання цих датчиків в призначених для користувачаінтерфейсах, заснованих на розпізнаванні природних рухів і жестів людини.
Завдякисвоїм малим габаритам і низькому енергоспоживанню цей датчик ідеально підходитьдля застосування в мобільних телефонах, ігрових контролерах, навігаторах іінших портативних електронних пристроях. Нам залишається тільки дочекатисяпояви на ринку пристроїв з цим датчиком і програмного забезпечення, включаючиігри, яке буде використовувати всі нові можливості тривимірного визначенняположення в просторі.
Волоконнийоптичний гіроскоп (ВОГ) — оптико-електронний прилад, створення якого стало можливим лише з розвитком івдосконаленням елементної бази квантової електроніки. Прилад вимірює кутовушвидкість і кути повороту об'єкта, на якому він встановлений. Принцип дії ВОГзаснований на вихровому (обертальному) ефекті Саньяка.
Інтересзарубіжних і вітчизняних фірм до оптичного гіроскопа базується на йогопотенційній можливості застосування як чутливого елемента обертання вінерційних системах навігації, керування і стабілізації. Цей прилад у рядівипадків може повністю замінити складні і дорогі електромеханічні (роторні)гіроскопи і тривісні гіростабілізовані платформи. За даними зарубіжній пресі у майбутньомув США близько 50% всіх гіроскопів, що використовуються в системах навігації .
Управліннята стабілізації об'єктів різного призначення, передбачається замінитиволоконними оптичними гіроскопами.
Можливістьстворення реального високочутливого ВОГ з'явилася лише з промисловою розробкоюодномодового діелектричного світловоду з малим загасанням. Саме конструюванняВОГ на таких світловодах визначає унікальні властивості приладу. До цихвластивостей відносять:
1.Потенційновисоку чутливість (точність) приладу, яка вже зараз на експериментальнихмакетах 0,1 град / рік і менше.
2.Малігабарити і масу конструкції, завдяки можливості створення ВОГ
повністюна інтегральних оптичних схемах.
3.Невисокувартість виробництва та конструювання при масовому виготовленні і відноснупростоту технології.
4.Нікчемнеспоживання 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 фотодетекторівобмежена.
Другугрупу труднощі пов'язують з тим, що при удаваній простоті приладу і високійчутливості його до кутової швидкості обертання, він в той же час надзвичайночутливий до дуже малим зовнішнім і внутрішнім збурень і нестабільності, щопризводить до паразитного дрейфу, тобто до погіршення точності приладу. Дозгаданих збурень відносяться температурні градієнти, акустичні шуми і вібрації,флуктуації електричних і магнітних полів, оптичні нелінійні ефекти флуктуаціїінтенсивності і поляризації випромінювання, дробові шуми в фотодетектор,теплові шуми в електронних ланцюгах і ін.
Фірмамита розробниками ВОГ обидва ці завдання вирішуються і удосконалюється .
У Технологіївиробництва елементів у ВОГ, теоретично й експериментально досліджуютьсяфізична природа збурень і нестабільності, створюються та випробовуються різнісхемні варіанти ВОГ з компенсацією цих збурень, розробляються фундаментальніпитання використання інтегральної оптики. Точність ВОГ вже зараз близька донеобхідної в інерційних системах управління.
Успеціальній науковій та періодичній літературі проблемі ВОГ вже опублікованобезліч наукових статей. Аналіз цих статей свідчить про необхідність подальшоговивчення цієї проблеми та розробки нових способів поліпшення якісниххарактеристик ВОГ[10., ст. 323].
4 Використаннягіроскопів в техніці
Використаннягіроскопа в смартфонахі та ігрових приставках.
Значнездешевлення виробництва МЕМС-гіроскопів призвело до того, що вони починаютьвикористовуватися в смартфонах і ігрових приставках.
ПояваМЕМС-гіроскопа в новому смартфоні Apple iPhone 4 відкриває нову революцію в3D-іграх і в формуванні доповненої реальності. Вже сьогодні різні виробникисмартфонів і ігрових приставкок обирають використовувати МЕМС-гіроскопи у своїпродукти. Незабаром з'являться додатки на смартфонах і ігрових приставках, якізроблять комп'ютерний екран вікном в іншій — віртуальний світ. Наприклад в3D-грі, користувач переміщаючи смартфон або мобільну ігрову консоль, побачитьінші сторони ігровий — віртуальної реальності. Піднімаючи смартфон вгору — користувач побачить віртуальне небо, а опускаючи вниз — побачить віртуальнуземлю. Обертаючи по сторонах світу — може озирнутися навколо — всерединівіртуального світу. Гіроскоп дає програмі дані про те, як орієнтований смартфонщодо реального світу, а програма пов'язує ці дані з віртуальним світом. Такимже чином, але вже не в грі, можна використовувати гіроскоп для формуваннядоповненої реальності.
Таксамо гіроскоп став застосовуватися в керуючих ігрових контролерах, таких як:Sixaxis для Sony PlayStation 3 і Wi MotionPlus для Nintendo Wi. В обохперерахованих контролерах використані два доповнюють один одного, просторовісенсори: акселерометр і гіроскоп. Вперше ігровий контролер, що вміє визначатисвоє положення в просторі, був випущений компанією Nintendo — Wii Remote дляігрової приставки Wii, але в ньому використовується тільки тривимірнийакселерометр. Тривимірний акселерометр не здатен давати точне вимірюванняпараметрів обертання при високодинамічних рухах. І саме тому в новітніх ігровихконтролерах: Sixaxis і Wii MotionPlus, крім акселерометра, був використанийдодатковий просторовий сенсор — гіроскоп.
Іграшкина основі гіроскопа .
Найпростішимиприкладами іграшок, зроблених на основі гіроскопа, є йо-йо, дзига (Юла) імоделі вертольотів.
Крімтого, існують кистьові тренажери, які також працюють на основі гіроскопічногоефекту (гіротренажери). Властивості гіроскопа використовуються в приладах — гіроскопах, основною частиною яких є швидко обертається ротор, який має кількаступенів вільності (осей можливого обертання).
Найчастішевикористовуються гіроскопи, поміщені в карданів підвіс. Такі гіроскопи мають 3ступені вільності, тобто він може здійснювати 3 незалежних повороту навколоосей АА, BB і CC, що перетинаються в центрі підвісу О, який залишається повідношенню до основи A нерухомим. Гіроскопи, у яких центр мас збігається зцентром підвісу O, називаються астатичними, в іншому випадку — статичнимигіроскопами. Для забезпечення обертання ротора гіроскопа з високоюшвидкістю застосовуються спеціальні гіромотори.
Дляуправління гіроскопом і зняття з нього інформації використовуються датчики кутаі датчики моменту.
Гіроскопивикористовуються у вигляді компонентів як в системах навігації (авіагоризонт,гірокомпас, ІНС), так і в нереактивного системах орієнтації і стабілізаціїкосмічних апаратів.
Гіротеодоліт- гіроскопічні візирної пристрій, призначенийдля визначення справжньогоазимута. Гіротеодоліт служить для визначення азимута (пеленга) орієнтовананапрямки і широко використовується при проведенні маркшейдерських, геодезичних,топографічних та інших робіт.
Принципомдії гіротеодолітів є гірокомпас і належить до типу наземних гірокомпасів, задопомогою яких можна визначити напрямок географічного меридіана. Гіроскопічнеорієнтування точніше магнітного і займає менше часу, ніж астрономічневимірювання азимута.
5Системи стабілізації
Системистабілізації бувають трьох основних типів:
1.Системасилової стабілізації (на2-статечних гіроскопах).
Длястабілізації навколо кожної осі потрібен один гіроскоп. Стабілізаціяздійснюється гіроскопом і двигуном розвантаження, на початку діє гіроскопічниймомент, а потім підключається двигун розвантаження.
2.Системаіндикаторно-силової стабілізації(на 2-статечних гіроскопах).
Длястабілізації навколо кожної осі потрібен один гіроскоп. Стабілізаціяздійснюється тільки двигунами розвантаження, але на початку з'являєтьсяневеликий гіроскопічний момент, яким можна знехтувати.
3.Системаіндикаторної стабілізації (на3-статечних гіроскопах)
Длястабілізації навколо двох осей потрібен один гіроскоп. Стабілізаціяздійснюється тільки двигунами розвантаження.
Системастабілізації Glidecam 2000 Pro. Підходить для камер вагою до 3-х кг. Це сама розповсюдженасистема стабілізації у весільному відео, через свою простоту і невисоку ціну, ідеальнопідходить для камер Sony VX2100, Panasonic DVX100, Canon XM-2 та інших. Країнавиготовлення — США
Основаякісної професійної зйомки — стабільне зображення. Нестабільність кадру — властивість, що характеризує практично будь-яку улюбленузйомку. Використання штатива звіснорятує ситуацію, і в більшості випадків цього цілком достатньо. Але що робити,коли хочеться зняти камеру зі штатива і рухатися разом з об'єктом зйомки? Якийвихід?
Укіноіндустрії відповідь давно знайдена — Steadicam, винахідник якогокінооператор Гаррет Браун.
Головнеу зображенні, яке дає стедікам, полягає в тому, що воно максимально наближенедо звичної картинки сприйняття світу кожним з нас, стедікам згладжує всі шорсткості знятого руху.Глядачеві на екрані пропонують динамічну картинку таку, яку би він побачив вжитті, без додаткової авторської експресивності. Адже коли ми дивимося на світ,перед нами нічого не смикається. У нас в мозку існує своєрідна стабілізаціяобразу руху. І таке бачення абсолютно не схоже на зйомку з рук. Операторський екран,візок, стедіки — це способи створення максимально комфортного кінозображеннядля глядача.
Існуютьзйомки у занижених або завищених точках, з стабіком коли можна стати наоператорський кран або політати. Але на 80% зйомок стабіком використовуєтьсятоді, коли потрібно показати точку зору людини, яка йде в гущі людей, посходах, в горах, то є, коли потрібна імітація вільної камери. Зазвичай цевідбувається в тих місцях, де не можна або складно прокласти рейки: на сходовихмайданчиках, автомобільних трасах, на пересіченій місцевості.
6 Нові типи гіроскопів
Постійнозростаючі вимоги до точності і експлуатаційним характеристикам гіроприладівзмусили вчених та інженерів багатьох країн світу не тільки вдосконалитикласичні гіроскопи з обертовим ротором, але і шукати принципово нові ідеї, щодозволили вирішити проблему створення чутливих датчиків для вимірювання івідображення параметрів кутового руху об'єкта.
Вданий час відомо більше ста різних явищ і фізичних принципів, які дозволяютьвирішувати гіроскопічні завдання. У Росії і США видані тисячі патентів таавторських свідоцтв на відповідні відкриття та винаходи.
Оскількипрецизійні гіроскопи використовуються в системах наведення стратегічних ракетвеликої дальності, під час холодної війни інформація про дослідження, щопроводяться в цій області, класифікувалася як секретна.
Перспективнимє напрям розвитку квантових гіроскопів.
Перспективирозвитку гіроскопічного приладобудування.
Соьгодністворені достатньо точні гіроскопічні системи, що задовольняють велике колоспоживачів. Скорочення коштів, що виділяються для військово-промисловогокомплексу в бюджетах провідних світових країн, різко підвищило інтерес доцивільних застосуванням гіроскопічної техніки. Наприклад, сьогодні широкопоширене використання мікромеханічних гіроскопів в системах стабілізаціїавтомобілів або відеокамер.
Надумку прихильників таких методів навігації, як GPS і ГЛОНАСС, видатний прогресу сфері високоточної супутникової навігації зробив непотрібними автономнізасоби 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.
Заразрозробляється система навігаційних супутників третього покоління. Вонадозволить визначати координати об'єктів на поверхні Землі з точністю до одиницьсантиметрів у диференціальному режимі, при знаходженні в зоні покриттякоригуючого сигналу DGPS. При цьому нібито відпадає необхідність у використаннікурсових гіроскопів. Наприклад, установка на крилах літака двох приймачівсупутникових сигналів, дозволяє отримати інформацію про поворот літака навколовертикальної осі.
Протесистеми GPS виявляються нездатні точно визначати положення в міських умовах,при поганій видимості супутників. Подібні проблеми виявляються і в лісистіймісцевості. Крім того СНС залежить від процесів в атмосфері, перешкод іперевідбиттів сигналів. Автономні ж гіроскопічні прилади працюють в будь-якомумісці — під землею, під водою, в космосі.
Улітаках GPS виявляється точніше акселерометрів на довгих ділянках. Алевикористання двох GPS-приймачів для вимірювання кутів нахилу літака дає похибкидо декількох градусів. Підрахунок курсу шляхом визначення швидкості літака задопомогою GPS також не є достатньо точним. Тому, в сьогоднішніх навігаційнихсистемах оптимальним рішенням є комбінація супутникових гіроскопічних систем, такзвана інтегрована (комплексірована) ІНС / СНС система.
Заостанні десятиліття, еволюційний розвиток гіроскопічної техніки підступив допорога якісних змін. Саме тому увага фахівців в області гіроскопії зараззосередилася на пошуку нестандартних застосувань таких приладів. Відкрилисяабсолютно нові цікаві завдання: розвідка корисних копалин, передбаченняземлетрусів, надточне вимір положень залізничних шляхів і нафтопроводів,медична техніка та багато інших.
Висновки
Гіроскоп-тверде тіло, швидко обертається навколо наявного у ньогоосі обертання. При цьому вісь обертання гіроскопа повинна мати можливістьвільно повертатися в просторі, для чого гіроскоп звичайно закріплюють у т. н.кардановому підвісі. Основна властивість гіроскопа з 3 ступенями свободиполягає в тому, що його вісь стійко зберігає придане їй первинний напрям(напр., на яку-небудь зірку). Якщо ж на такий гіроскоп починає діяти сила, тойого вісь відхиляється не в бік дії сили, а в напрямку, перпендикулярному донеї; в результаті гіроскоп починає процесувати. Властивість гіроскопа широковикористовується в різних навігаційних приладах — гірокомпас, гіровертикалі таінші, а також для стабілізації руху літаків (автопілот), ракет, морських суден,торпедах.
Гірокомпас — навігаційнийприлад, створений за принципом безперервного обертання осі гіроскопа. У такийспосіб горизонтально розташована вісь завжди вказує ширший північний напрямокнезалежно 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, щослужить чутливим елементом якої є гіроскоп. Гіроскоп служить індикатором,виявляє відхилення об'єкта, і видає керуючий сигнал для ліквідації цьоговідхилення навколо будь-якої з двох аємноперпендикулярних осей, а тривіснийповністю ізолює, що стабілізується об'єкт від будь-яких обертальних рухів, щоздійснюються кораблем чи літаком.
Уряді випадків більш доцільно буває здійснити не непряму, а силову гіроскопічнустабілізацію. Найпростішим силовим гіростабілізатором є одноосьовий стабілізаторз одним гіроскопом.
Такимчином, гірокомпас Фуко в найпростішому вигляді являє собою двоступеневийгіроскоп з вертикальним розташуванням осі гірокамери. Детальне дослідженняцього приладу показує, що якщо в початковий момент вісь гіроскопа відхилена відлінії S-V на малий кут, то вона станездійснювати біля цієї лінії гармонійніколивання. Якщо штучно створити на осі Z момент в'язкого тертя (тобтогальмуючий момент, пропорційний кутовий швидкості обертання гірокамери), то ціколивання стануть затухаючими і вісь гірокомпаса прийде в мерідіан.
У гіроскопах з механічним ротором розрізняють механічний,оплавцевий, газовий, магнітний, електростатичний типи підвісів. У більшості використовуються гіроскопи з механічнимпідвісом; виконаним у вигляді карданова підвісу.
В різних двух- і трьохстатечних гіроскопах для розвантаженнямеханічних опор застосовуються рідинні, або поплавцеві, підвіси (наприклад, впоплавцевому інтегруючому гіроскопі), унаслідок чого подібні гіроскопи малосхильні вібраційним, ударним і ін. обурюючим діям і володіють високою точністю[10., ст.324].
Істотне підвищення точності Р. в. досягається при вживаннігіроскопів з газовим підвісом. Ротор такого гіроскопа зазвичай має сферичнуформу і спирається па надзвичайно тонкий газовий шар, що утворюється міжкулею-ротором і спеціальною опорою. Така куля єпрактично вільним гіроскопом. Газові опори можуть також застосовуватися в осяхпідвісу ротора і карданових кілець.
В деяких Р. в. використовується гіроскоп з магнітним підвісом,ротор якого, виконаний у вигляді феритової сфери, підтримується магнітним полемв зваженому стані. Необхідні характеристики поля автоматично регулюютьсяспеціальною стежачою системою. Іншим різновидом магнітного підвісу є т.з.криогенний підвіс ротора, в якому використовується взаємодія магнітних полів,що створюються струмами в надпровідниках. Підтримуючі сили магнітного полявиникають при зміні положення ротора по відношенню до елементів підвісу.Матеріал ротора, котушок електромагнітів і спеціальних екранів приводиться в надпровіднийстан шляхом глибокого охолоджування.
Список використаних джерел
1.Булгаков Б.В. Прикладная теория гироскопов. — М.: МГУ, 1976. — 400 с.
2.Ишлинский А.Ю. и др. Лекции по теории гироскопов.- М.: МГУ, 1983. 243 с.
3.Климов Д.М., Харламов С. А. Динамика гироскопа вкардановом подвесе. -М.: Наука, 1978. – 220 с.
4.Магнус К. Гироскоп. Теория и применение. — М.:Мир, 1974. — 626 с.
5.Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивостидвижения — М.: Наука, 1971, — с.312 с.
6.Николаи Е.Л. Гироскоп в кардановом подвесе. — М.:Наука, 1964.
7.Одинцов A.A., Лазарев Ю.Ф. Гироскопическиеприборы курса. Киев: КПИ, 1980.
8.Гироскопические системы, ч. 1 и 2 / Под ред. Д.С. Пельпора. –М.: Высшая школа, 1971.
9.Одинцов A.A. и др. Теория гироскопов игироскопических приборов. 10.Практикум. – К.: Вища школа, 1976. – 262 с.
11.Павловский М.А. Теорія гіроскопів. – К. Техніка, 2002. – 510 с. 11.Сайдов
12.Гироскопические системы, ч. 1 /Под ред. Д.С.Пельпора. – М.: Высшая школа, 1971. – 340 с.