Играли когда-нибудь в гоночные симуляторы на телефоне? Может быть, подкидывали джойстик вверх, чтобы уклониться от атаки врага? Знаем точно, что вращались как юла на месте, чтобы определить, куда идти по навигатору! Каждый раз с этими нелегкими задачами нам помогал справляться акселерометр. Давайте же познакомимся поближе с этим устройством!
Слово «акселерометр» латинского происхождения - «accelero», что дословно переводится, как «ускоряю». При помощи его измеряют кажущееся ускорение. То есть, если говорить про акселерометр в телефоне, то в его обязанности входит помощь программному обеспечению (далее - ПО) в определении положения устройства в пространстве. Случается, что данное устройство часто путают с гироскопом, но это не так, эти приборы прекрасно дополняют друг друга и в отдельных случаях могут быть взаимозаменяемыми. Говоря конкретнее, акселерометр — это датчик, который определяет угол наклона электронного устройства по отношению к земной поверхности. ПО устройства получает данные об угле наклона от акселерометра и поворачивает изображение на дисплее. К примеру, при повороте смартфона на 90 градусов, ПО смартфона при помощи сигналов, поступающих от акселерометра, повернёт изображение на экране также на 90 градусов, т.е. в альбомную ориентацию. Таким образом акселерометр способен зафиксировать самые минимальные изменения ускорения при перемещении устройства в пространстве и передать соответствующую информацию (сигналы) ПО смартфона. В телефонах и планшетах он представлен в виде небольшой детали, размером примерно со спичечную головку, но это не мешает ему исправно выполнять свою работу.
Итак, в смартфоне датчик ощутимо расширяет возможности девайса, а именно: спортсмены могут пользоваться устройством как трекером для пробежек и контролировать свою скорость, количество шагов и другие показатели во время тренировок; геймеры могут получить новый опыт от мобильных игр из-за возможности управления своим персонажем или гоночным болидом при помощи наклона и поворота смартфона; любители просмотра видео или фильмов оценят удобство автоповорота изображения на экране при повороте телефона с вертикального положения в горизонтальный.
Прежде чем мы двинемся дальше, давайте на секундочку отбросим все эти технологии и подумаем, как вообще можно сделать устройство, которое бы показывало, скажем, угол своего наклона. Самое простое, что приходит на ум — это стеклянная колбочка с пузырьком воздуха внутри. Если представить, что слева находится верхняя часть колбы (обозначим ее красным цветом), а справа — нижняя (синий цвет), тогда можно очень легко определять положение колбы в пространстве.
С этим, думаю, всё предельно ясно. Чтобы аналогия ближе отображала суть реального акселерометра, давайте заменим колбу с жидкостью и пузырьком на грузик, который закреплен на гибкой подвеске.
На картинке наше устройство лежит горизонтально на боку, поэтому грузик не провисает. Но если развернуть его в вертикальное положение, гибкие стержни сразу же прогнутся под весом грузика. Из-за этого мы всегда будем знать, в каком положении находится наше устройство. Ведь грузик будет опускаться вниз под действием силы тяжести, которая прижимает все объекты, включая нас с вами, к центру земли. Обратите внимание на то, что наше примитивное устройство уже может не только показывать, держим ли мы его нормально или вверх ногами, но также и измерять ускорение. А теперь вернёмся обратно к высоким технологиям и науке!
Акселерометр может применяться как для измерения проекций абсолютного линейного ускорения, так и для косвенных измерений проекции гравитационного ускорения. Эти свойства используется для создания инерциальных навигационных систем, где полученные с помощью акселерометров измерения интегрируют, получая инерциальную скорость и координаты носителя. Таким образом, акселерометры, наравне с гироскопами, являются неотъемлемыми компонентами систем навигации и управления самолётов, ракет и других летательных аппаратов, кораблей и подводных лодок. Акселерометры используют в системах управления жестких дисков компьютеров для активации механизма защиты от повреждений: реагируя на внезапное изменение ускорения, система отдаёт команду на остановку головок жесткого диска, что позволяет предотвратить повреждение диска и потерю данных. Такая технология защиты используется в основном в ноутбуках, нетбуках и на внешних накопителях. Акселерометры, встроенные в автомобильные видеорегистраторы, различают тревожные события, такие как резкое торможение, ускорение, столкновение, резкие повороты и вращение. Эти события записываются видеорегистраторами в отдельный файл, помечаются специальным маркером и защищаются от случайного стирания и перезаписи. Таким образом, данный прибор стал важнейшим помощником самых продвинутых технических устройств, и в нашей стране подобные технологии изучают и улучшают.
С 1933 года выпускники кафедры ИУ2 «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» в МГТУ им. Баумана получают теоретические знания и практические навыки в области разработки и производства современных прецизионных гироскопов, навигационных приборов, а также аналоговых и цифровых систем ориентации, стабилизации и навигации подвижных объектов.
К сожалению, в силу сложившийся в стране ситуации за последние 10-20 лет оборонно-промышленный комплекс лишился большого числа специалистов по тематике кафедры ИУ2, а новые кадры пока так и не смогли в полной мере восполнить эти потери. Потребности в специалистах по гироскопической и навигационной технике есть на любом предприятии, разрабатывающем те или иные системы автоматического управления.
Далеко не полный список предприятий, с которыми кафедра ИУ2 давно работает в рамках производственных практик студентов или последующего их трудоустройства, а также предприятий, которые обращаются на кафедру с просьбами о практиках студентов или трудоустройстве выпускников: РПКБ, ЦНИИАГ, НПЦ "Авионика", "Полюс", "Текнол", "Туполев", "Сухой", НПЦАП, Техномаш, КБ "Машиностроения", ЦЭНКИ, НИИ ПМ, "МАРС" и др. В основном это предприятия Московского региона. География же предприятий, направляющих абитуриентов для поступления на кафедру ИУ2 по целевому набору, простирается от Крыма до Челябинска.
Лучшие специалисты страны работают над созданием инерциальных систем управления, чтобы реализовать самые важные и сложные проекты в мире. Один из них «Луна» — серия советских и российских автоматических межпланетных станций для изучения Луны и космического пространства. Совершить пуск научной станции с космодрома Байконур или "Восточный" проблемы не составляет: Роскосмос совершает регулярные пуски. Но посадить научную станцию — это уже задача посложнее. После отстыковки, необходимо выдать корректирующий импульс для перевода космического аппарата с круговой окололунной орбиты на эллиптическую предпосадочную орбиту, а для этого нужно функционирование бортового комплекса управления, связанного с блоком акселерометров в приборе БИУС-Л (блок измерения угловых скоростей). Прибор посылает сигналы в бортовой комплекс, где последний фиксирует момент набора требуемой скорости и производит своевременное выключение двигательной установки космического аппарата. В случае неправильной работы акселерометра, судьба всей миссии может быть под угрозой, а это недопустимо!
Итак, наша «спичечная головка», он же акселерометр помимо игр и повседневных удобств, принимает важнейшее участие в передовых технологиях и самых интересных проектах. А лучшие институты и предприятия нашей страны создают и улучшают подобные приборы каждый день. Здорово знакомиться с технологиями, которые нас окружают, надеюсь наша статья замотивирует вас больше интересоваться наукой и приборостроением. До новых встреч!
