Почему гироскоп. Что такое гироскоп? Гироскоп в телефоне - что это? Как проверить наличие гироскопа в телефоне

Современные смартфоны оснащены огромным количеством функций, за работу которых отвечает ряд датчиков.

Нередко об их назначении владельцы даже не догадываются. К числу таких датчиков относится гироскоп в телефоне: что это такое, не знают даже многие «продвинутые» пользователи, поэтому не лишним будет детально изучить это устройство.

Принцип действия оборудования

Гироскоп представляет собой волчок, вращающийся вокруг оси. Благодаря способности демонстрировать устойчивое положение во время движения, он используется для определения положения в пространстве и изменения угловой скорости. Существует несколько разновидностей: они различаются между собой по принципу действия (оптические или механические) и количеству степеней свободы. Если говорить о моделях, которые устанавливаются в смартфоны, то это обычно вибрационные гиродатчики. В этом устройстве есть две массы, которые перемещаются в противоположные стороны. В тот момент, когда появляется угловая скорость, на массу воздействует сила Кориолиса, вектор которой направлен перпендикулярно движению массы. В результате воздействия этой силы происходит смещение, что приводит к изменению расстояния между подвижными и неподвижными электронами и, как следствие, к смене емкости конденсатора. Эти электронные сигналы впоследствии обрабатываются процессором.

Наличие гиродатчика в смартфоне – это не просто прихоть, такой аппарат открывает перед обладателем гаджета множество дополнительных возможностей:

• прием вызовов простым встряхиванием аппарата,
• стабилизация камеры во время съемок,
• управление приложениями при помощи поворотов устройства,
• ориентация положения головы в виртуальной реальности.

В каких телефонах есть гироскоп?

Воспользоваться перечисленными выше преимуществами могут далеко не все владельцы смартфонов, так как гиродатчики установлены не везде. Самый надежный способ узнать, есть ли гироскоп в телефоне – спросить об этом у продавца-консультанта или прочитать паспорт к изделию. Если говорить о брендах, то впервые гиродатчик был установлен на iPhone 4. Поскольку новинка пришлась покупателям по вкусу, все последующие модели от Apple также получили это оборудование.

Существует огромное количество изобретений, которые характеризуются длинной и весьма богатой историей использования в различных приборах и устройствах. Часто можно услышать название чего-либо, но даже не иметь представления о том, для чего оно предназначено. Именно так и возникает вопрос, что такое гироскоп? Стоит в нем разобраться.

Основное определение

Гироскоп представляет собой навигационный прибор, в котором в качестве основного элемента используется быстро вращающийся ротор, закрепленный таким образом, чтобы его ось вращения поворачивалась. Две рамки карданова подвеса обеспечивают три степени свободы. При отсутствии каких-либо внешних воздействий на устройство ось собственного вращения ротора сохраняет в пространстве постоянное направление. Если на него оказывает воздействие момент внешней силы, которая стремится повернуть ось собственного вращения, то она начинает свое движение не вокруг направления момента, а вокруг оси, находящейся перпендикулярно по отношению к нему.

Особенности устройства

Если говорить о том, что такое гироскоп, то стоит отметить, что в качественно сбалансированном и достаточно быстро вращающемся приборе, установленном на высокосовершенных подшипниках, с малым трением практически отсутствует момент внешних сил, поэтому устройство способно сохранять свою ориентацию в пространстве почти неизменной. Поэтому он способен указывать угол поворота основания, на котором его закрепили. Именно так впервые было наглядно продемонстрировано французским физиком Ж. Фуко. Если ограничить поворот оси специальной пружиной, то при установке прибора на который выполняет разворот, гироскоп будет деформировать пружину до тех пор, пока момент внешней силы не уравновесится. В данном случае сила растяжения или сжатия пружины будет пропорциональна угловой скорости движения летательного аппарата. По такому принципу работает авиационный указатель поворота и многие другие гироскопические приборы. Так как в подшипниках создается очень малое трение, чтобы поддерживать вращение ротора гироскопа, не требуется больших затрат энергии. Обычн, для его приведения в движения, а также для поддержания этого движения достаточно электродвигателя малой мощности либо струи сжатого воздуха.

Гироскоп: применение

Чаще всего этот прибор используется в качестве чувствительного элемента для указывающих гироскопических приборов, а также в качестве датчика угла поворота или угловой скорости для устройств, работающих под автоматическим управлением. В некоторых случаях гироскоп может послужить в качестве генератора энергии или момента силы.

На текущий момент принцип работы гироскопа позволяет активно использовать его в авиации, судоходстве и космонавтике. Почти у каждого морского судна дальнего плавания имеется гирокомпас для автоматического или ручного управления судном, а в некоторых используются и гиростабилизаторы. Система управления огнем корабельной артиллерии обычно оснащается множеством дополнительных гироскопов, которые предназначены для обеспечения стабильной системы отсчета или для измерения угловых скоростей.

Если вам понятно, что такое гироскоп, то следует понимать, что без него просто немыслимо автоматическое управление торпедами. Вертолеты и самолеты тоже обязательно оборудуются этими приспособлениями для того, чтобы давать надежную информацию о деятельности систем навигации и стабилизации. К таким приборам можно отнести авиагоризонт, гироскопический указатель поворота и крена, гировертикаль. Если рассматривать вертолет с гироскопом, то тут этот прибор может служить как в качестве указывающего устройства, так и в качестве датчика автопилота. Многие самолеты оснащены гиростабилизированными и прочим оборудованием - фотоаппаратами с гироскопами, гиросектантами, навигационными визирами. В военной авиации активно используются гироскопы в качестве составных элементов в прицелах бомбометания и воздушной стрельбы.

Применение в современных гаджетах

Итак, если рассматривать, что такое гироскоп, то следует заметить, что этот прибор активно используется не только в указанных ранее сферах. Современные смартфоны и планшеты оснащены массой дополнительных функций и модулей, при этом некоторые оказываются очень даже полезными, а иные могут мешать комфортному использованию устройства, раздражая пользователей. Одним из них является гироскоп в телефоне, что это становится понятно, когда вы будете пользоваться своим аппаратом. С одной стороны, он оказывается очень даже полезным, хотя с другой - большинство пользователей предпочитают просто отключать его.

что это?

Сначала необходимо определиться с тем, что это за устройство и каким функционалом оно характеризуется. Итак, гироскоп в телефоне - что элемент необходим для определения того, как ориентирован прибор в пространстве. В некоторых случаях этот датчик можно применить для защиты отдельных элементов устройства от падения в будущем. Фактически данный датчик предназначен для определения смены положения, а при наличии акселерометра - и ускорения при падении. Затем информация передается вычислительному блоку гаджета. При наличии определенного программного обеспечения прибор принимает решение о том, как ему следует реагировать далее на изменения, произошедшие с ним.

Для чего еще он нужен?

Итак, если с вопросом, что такое гироскоп, становится все понятно, то остается выяснить, зачем его используют в телефонах. Защита внутренностей тут не является единственной задачей. В сочетании с разнообразным софтом на него ложится целый ряд различных функций. К примеру, смартфон может использоваться для игр, в которых управление осуществляется посредством наклонов, встряхивания или поворотов прибора. Подобное управление позволяет сделать игры поистине увлекательными, благодаря чему они пользуются повышенным спросом.

Можно отметить, что продукция компании "Эппл" оснащается гироскопами, и они играют весьма значимую роль, так как к ним привязана работа многих приложений. Под него специально разработали режим, получивший название CoverFlow. Существует очень большое количество приложений, работающих в данном режиме, однако можно остановиться на нескольких, наиболее наглядно демонстрирующих его. К примеру, если на iPhone использовать калькулятор, то в портретном положении пользователю будут доступны только простые действия, а именно: сложение, вычитание, деление и умножение. Но при повороте устройства на 90 градусов все изменится. Калькулятор при этом переключается в расширенный режим, то есть инженерный, в котором функций будет доступно гораздо больше.

Если вам понятно, как работает гироскоп, то следует отметить, что его функции могут использоваться и для определения собственного местоположения на местности.

Можно просматривать на таком приборе карту местности с применением GPS-навигации, и в этом случае карта всегда будет поворачиваться в ту сторону, куда направлен ваш взгляд. Поэтому, если вы стоите лицом, к примеру, к речке, то это отобразится на карте, а если повернетесь, то изменится и положение карты. Благодаря этому ориентирование на местности значительно упрощается и может стать достаточно полезно людям, увлеченным активным отдыхом.

Проблемы с гироскопом в телефоне

Можно сказать и о недостатках, присущих гироскопам. Очень часто их отключают из-за того, что программы реагируют на изменение положения в пространстве с некоторым запозданием. К примеру, если вы решили почитать, лежа на диване, с экрана смартфона или планшета, то гироскоп и программа, связанная с ним, будут менять ориентацию страницы каждый раз, когда вы будете поворачиваться или смените позу. Это причиняет много неудобств, так как очень редко устройство способно правильно интерпретировать положение в пространстве, а ситуация усугубляется из-за запоздалой реакции программы.

Современные разновидности

Первые гироскопы были механическими. Этот вид устройств используется и сейчас, но с некоторыми усовершенствованиями, позволяющими сделать их более полезными. На данный момент существует лазерный гироскоп, который лишен недостатков, свойственным механическим. И именно такой прибор используется в современной технике.

Сейчас все смартфоны оснащены как минимум одним датчиком, а чаще всего несколькими. Самыми распространенными стали датчики приближения, освещения и движения. Большинство смартфонов оснащены акселерометром, реагирующим на перемещение устройства в двух или максимум в трех плоскостях. Для полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности нужен гироскоп, который определяет движения в любом направлении.

Гироскоп в смартфоне – это микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Другими словами этот датчик рассчитывает изменение угла наклона относительно оси при повороте устройства.

Гироскоп относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), которые совмещают в себе механическую и электронную часть. Подобные чипы имеют размеры порядка пары миллиметров или меньше.

Обычный гироскоп состоит из инерционного предмета, который быстро вращается вокруг своей оси. Тем самым он сохраняет свое направление, а смещение контролируемого объекта измеряется по изменению положения подвесов. В смартфоны такой волчок явно не поместиться, вместо него используется МЭМС.

Преобразование механического движения в электрический сигнал

В самом простом одноосевом гироскопе есть две подвижные массы, двигающиеся в противоположных направлениях (на картинке изображены синим цветом). Как только прикладывается внешняя угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, которая направлена перпендикулярно их движению (отмечена оранжевым цветом).

Под действием силы Кориолиса происходит смещение масс на величину пропорциональную прикладываемой скорости. Изменение положения масс меняет расстояние между подвижными электродами (роторами) и неподвижными (статорами), что приводит к изменению емкости конденсатора и соответственно напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Вот такие множественные сигналы и распознаются гироскопом MEMS, определяя направление и скорость движения.

Вычисление ориентации смартфона

Микроконтроллер получает сведения о напряжении и преобразует их в угловую скорость в данный момент. Величину угловой скорости можно определять с заданной точностью, например до 0,001 градусов в секунду. Чтобы определить насколько градусов вокруг оси повернули устройство, необходимо мгновенную скорость умножить на время между двумя показаниями датчика. Если использовать трехосевой гироскоп, то получим данные о поворотах относительно всех трех осей, то есть таким образом определить ориентацию смартфона в пространстве.

Здесь стоит отметить, что для получения значений углов, необходимо интегрировать первоначальные уравнения, в которые входят угловые скорости. При каждом интегрировании увеличивается погрешность. Если вычислять положение только при помощи гироскопа, то со временем рассчитываемые значения станут некорректными.

Поэтому в смартфонах для точного определения ориентации в пространстве необходимы данные еще и акселерометра. Этот датчик измеряет линейное ускорение, но не реагирует на повороты. Оба датчика способны полностью описать все виды движения. Основное преимущество гироскопа над акселерометром в том, что он реагирует на движение в любом направлении.

Зачем нужен гироскоп в смартфоне

Повышенное внимание этому датчику оказывается последние пару лет, когда активно начали развиваться игры и приложения виртуальной реальности. Для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью программе необходимо точно определить положение человека в пространстве. Сейчас даже в самых бюджетных смартфонах установлен акселерометр, но его показания сопровождаются шумами, и датчик не реагирует на повороты и движения в горизонтальной плоскости. Следовательно, для полного погружения в виртуальную реальность в смартфоне обязательно должен быть гироскоп и акселерометр.

Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп

Обычно в характеристиках смартфона указано, какие в нем есть датчики. Если же вы сомневаетесь в правдивости информации, то помогут специальные программы. Например, Sensor Box for Android показывает информацию о всех встроенных датчиках. Гироскоп в нем обозначен как Gyroscope. Есть и другие способы, которые мы описывали в этой статье .

Также вам понравятся:

Почему нагревается смартфон: 7 популярных причин

Или технологией Bluetooth был чем-то необычным. Теперь же все эти функции стали привычными, а некоторые из них даже успели устареть. Производители добавляют в свои модели новые возможности, одна из которых - гироскоп в телефоне. Что же он из себя представляет, как применяется?

Гироскоп и акселерометр

Многие люди часто путают эти два понятия. Давайте разберёмся.

Акселерометр, или G-сенсор - устройство, которое отслеживает изменение положения девайса относительно своей оси - например, повороты влево-вправо, на себя и от себя.

Гироскоп в телефоне позволяет регистрировать не только эти действия, но и любые перемещения устройства в пространстве, а также фиксировать скорость перемещения. Поэтому можно считать его улучшенным акселерометром.

Принцип действия гироскопа

Устройство представляет собой диск, который закреплён на двух подвижных рамках. Он быстро вращается. При изменении положения этих рамок, диск не сдвигается с места. Если постоянно поддерживать вращение, например, с помощью электромотора, то можно с точностью определить положение объекта, на котором установлен гироскоп. Это может быть использовано и для определения сторон света.

Варианты применения

Ещё в девятнадцатом веке гироскоп использовался военно-морскими силами и гражданскими судами, так как с помощью него можно было наиболее точно определить стороны света. Ещё он нашёл своё применение в авиации и ракетной технике.

Гироскоп iPhone 4

В Айфоне конструкция прибора немного отличается от классической, поскольку она выполнена на основе микроэлектромеханического датчика. Принцип же действия остаётся прежним.

Гироскоп в телефоне имеет очень большую сферу применения. Безусловно, в первую очередь это разнообразные игры, использующие данную технологию. Наиболее популярные среди них - гоночные симуляторы и шутеры. Для примера: в шутерах используется так называемая «дополненная реальность» - выстрелы производятся с помощью нажатия, а для того, чтобы прицелиться, нужно изменить положение смартфона - камера в игре передвинется точно так же.

Кроме игровой индустрии, гироскоп применяется в разнообразном программном обеспечении. С его помощью доступ к различным функциям становится гораздо удобнее. Например, в некоторых операционных системах при встряхивании устройства происходит обновление Bluetooth. Ещё эта технология применяется в ряде специфических приложений, служащих для измерения угла наклона (уровня).

Мобильная индустрия в последнее время развивается всё быстрее и быстрее. Ещё недавно гироскоп в телефоне был модной новинкой, а теперь он используется повсеместно и считается привычной деталью любого смартфона. Возможно, всего через несколько лет появится новое поколение устройств, позволяющих проецировать изображение на любую точку пространства, ведь наука идёт вперёд семимильными шагами. Пока же мы можем только строить предположения по этому поводу и искать способы применения тем технологиям, которые уже изобретены.

Современные смартфоны и планшеты напичканы всевозможными датчиками, задача которых облегчить жизнь пользователя и предоставить новые функции. Например, датчик освещённости регулирует яркость экрана, датчик приближения отключает дисплей во время разговора, а GPS помогает определить местоположение.

Гироскоп в телефонах появился сравнительно недавно, но уже стал одним из необходимых датчиков, без которого комфортное использование устройства невозможно.

Что такое гироскоп

Гироскоп (gyroscope) – устройство, способное определять положение тела в пространстве основываясь на изменении угла наклона относительно осей координат. Он может отслеживать поворот вокруг двух осей, или вокруг всех трёх, что позволяет полностью определить положение тела в пространстве. По принципу действия гироскопы делятся на механические, лазерные и оптические.

Размеры оригинальных гироскопов не позволяют использовать их в мобильных устройствах, поэтому в них применяются микроэлектромеханические системы (МЭМС), изготовленные на кремниевой подложке. Они обладают миниатюрными размерами, меньше спичечной головки, а низкая стоимость позволяет устанавливать их даже в самые дешевые устройства.

С каждым поколением мобильные гироскопы становятся компактнее, при этом улучшается вибрационная стойкость и уменьшаются шумы. В результате, положение устройства в пространстве определяется более точно.

Какие функции выполняет гироскоп

Самая очевидная и простая функция, которую может выполнять гиродатчик – это автоматический поворот экрана . Это удобно, например, при просмотре фильмов или при чтении книг. Нужно лишь повернуть телефон горизонтально и видео автоматически развернётся на полный экран.

Появление гироскопа на смартфонах вывело на новый уровень мобильные игры. Если раньше для управления автомобилем в игре использовались виртуальные кнопки, то теперь поворачивать можно просто наклонив смартфон в ту или иную сторону. Помимо гонок, управление стало проще в шутерах, стратегиях, и в других играх. А в некоторые игры не получится поиграть на устройстве без гиродатчика, например, в нашумевшую недавно Pokemon Go.

Гиродатчик используется в навигационных программах для повышения точности данных. Также он даёт возможность управления жестами, например, можно перелистывать треки в плеере встряхиванием телефона, или сбрасывать входящий звонок перевернув устройство.

Принцип работы гироскопа

Классический механический гироскоп представляет систему из трёх обручей и вращающегося внутри них диска. Обручи шарнирно закреплены друг на друге таким образом, чтобы оси их вращения были перпендикулярны друг другу.

Принцип его работы прост – вращающийся диск всегда сохраняет своё положение в пространстве подобно раскрученной юле. Если попытаться его наклонить, то диск будет сопротивляться этому, а значит поворачиваться придётся кольцам, на которых он закреплён. Гироскоп устроен так, что каждое кольцо реагирует на поворот вокруг одной из трёх осей координат, а значит, в совокупности они полностью описывают положение тела в трёхмерном пространстве.

Принцип работы гиродатчика в мобильных устройствах немного отличается. Положение устройства в пространстве отслеживается с помощью вибрирующего пьезокерамического чувствительного элемента диаметром 3 миллиметра. Степень и направление вибрации отслеживается регистрирующей электроникой, а на основании этих данных вычисляется поворот устройства относительно осей координат.

Отличие от акселерометра

Гироскоп – не единственный датчик, отслеживающий положение устройства в пространстве. Акселерометр, или G-sensor, выполняет те же самые функции, но работает по другому принципу.

В то время, как гиродатчик занимается отслеживанием угла наклона , акселерометр следит за ускорением устройства в том или ином направлении. В результате этих измерений также можно вычислить положение устройства в пространстве, но с меньшей точностью. Гиродатчик предоставляет более точные данные, именно это делает его приоритетным для определения положения смартфона в пространстве.

Возникает закономерный вопрос: зачем нужен акселерометр, если гироскоп более качественно выполняет его функции? Дело в том, что гиродатчик отслеживает только вращение устройства вокруг осей координат, а движение вдоль оси без вращения он определить неспособен. Зато акселерометр это перемещение увидит и измерит. Это позволяет использовать акселерометр, например, в качестве шагомера.

В результате, эти два датчика успешно дополняют и компенсируют недостатки друг друга.

Стоит заметить, что на смартфоны иногда устанавливается датчик ориентации, который иногда путают с гироскопом. Он является комбинацией акселерометра и датчика магнитного поля, позволяет измерять наклон и вращение вокруг оси.

Недостатки датчика

Помимо уже рассмотренной неспособности отслеживать равномерное перемещение, гироскоп имеет еще один недостаток – накопление ошибок измерений. Погрешность в результаты измерений вносит множество факторов: температура, вибрации элементов телефона или окружающих устройств, и даже сердцебиение пользователя. Эти погрешности очень малы и незаметны для человека, но проблема заключается в том, что они постоянно накапливаются, и в какой-то момент ошибка станет заметной. Для обнуления погрешности необходимо провести калибровку гиродатчика , либо перезагрузить телефон.

Как определить, есть ли гироскоп в телефоне

Практически все современные модели смартфонов, за исключением крайне бюджетных, имеют на борту гиродатчик. Найти информацию о его наличии и отсутствии можно в описании модели на сайте производителя. Однако, наличие этого датчика стало таким привычным, что многие производители даже не упоминают этот факт в характеристиках смартфона.

В этом случае придётся воспользоваться сторонними программами. Отображать имеющиеся в устройстве датчики умеет популярный бенчмарк AnTuTu . Существуют и специальные программы, которые занимаются исключительно датчиками, их настройкой и калибровкой. Наиболее известные среди них – Sensor Sense и Sensor Kinetics .

Как включить и откалибровать гироскоп на Андроид

Функции включения или выключения гироскопа в телефонах не предусмотрено . Если устройство включено – значит, датчик работает. Можно лишь запретить определённым программам реагировать на изменение положения телефона, например, отключить автоповорот экрана. Гироскоп при этом продолжит работать, но его данные уже не будут использоваться для изменения ориентации экрана.

Для калибровки лучше всего использовать специальные программы для работы с датчиками смартфона, например, Sensor Sense . Нужно найти в списке датчиков гироскоп и нажать на кнопку «калибровка». Продвинутые пользователи могут при этом изменить некоторые параметры датчика, например, масштабный коэффициент и смещение по осям.

Модели телефонов с гироскопом

Гироскоп – один из тех датчиков, которые по умолчанию присутствуют даже в смартфонах среднего ценового сегмента, не говоря уже о флагманах. В этом списке представлены популярные модели различных производителей, в которых используется гироскоп:

1. Apple iPhone X , средняя цена 74890 рублей. Флагман от компании Apple, которая каждый год устанавливает ориентиры для остальных производителей. В этот раз iPhone ввёл моду на «чёлку» в верхней части экрана, в которой размещаются различные датчики и фронтальная камера.
2. Samsung Galaxy S 9+ , 53990 рублей. Samsung не отстаёт от главного конкурента. Его особенность – закруглённые края, которые делают его визуально безрамочным.
3. LG V 30+ , 34490 рублей. Удачная модель от LG, которая может похвастаться неплохими камерами. Разумеется, остальные характеристики тоже соответствуют цене и статусу.
4. Asus Zenfone 5 Z , 34840 рублей. Asus выпустил отличную модель для любителей хорошего звука. При этом мощность железа тоже заставляет обратить внимание на этот смартфон.
5. Sony Xperia XZ , 32290 рублей. Телефон с типичным для Sony дизайном и с не самой лучшей камерой. В 2016 был неплохим сбалансированным вариантом, но сейчас за эти деньги можно купить более удачную модель.
6. Xiaomi Pocophone F 1 , 27990 рублей. Новинка от китайского производителя, призванная покорить международный рынок. Как всегда отличное соотношение цены и мощности железа.
7. Meizu Pro 7 , 19550 рублей. Прошлогодний флагман привлёк внимание необычным решением – на задней стороне телефона разместили небольшой дополнительный экран. Это позволяет делать селфи на основную камеру, а также получать различные уведомления.
8. Honor 10 , 24990 рублей. Топовое железо в отличном корпусе за небольшие деньги – таков флагман компании Honor. Придраться можно разве что к камере и автономности.
9. OnePlus 6 , 41190 рублей. Компания, называющая свой продукт «убийца флагманов», подтвердила свою репутацию. Мощность OnePlus 6 зашкаливает, но есть и недостатки: не топовая камера и отсутствие беспроводной зарядки.
10. Alcatel 3 V 5099 D , 6289 рублей. Модель самого нижнего ценового сегмента. Не может похвастаться выдающимися характеристиками, его главные козыри – цена и неплохой дизайн.