Wie funktioniert das für Smartphones unverzichtbare Gyroskop?

Wenn Sie einen Kreisel auf einen Tisch stellen, fällt er in eine Richtung. Drehen Sie ihn jedoch, bleibt er fest auf dem Tisch stehen und fällt nicht um, solange er sich weiterdreht.

Die Stabilität eines rotierenden Gyroskops hängt direkt von seiner Rotationsgeschwindigkeit ab. Je schneller die Rotationsgeschwindigkeit, desto stabiler ist das Gyroskop. Dies liegt daran, dass ein rotierendes Objekt eine Achse hat und die Richtung dieser Achse nicht einfach zu ändern ist. Dies wird durch die Eigenschaften des rotierenden Objekts bestimmt. Je schneller die Rotationsgeschwindigkeit, desto schwieriger ist es, die Richtung der Achse zu ändern. Wenn wir also einen Drehpunkt für einen Kreisel bereitstellen, dreht sich das Gyroskop vertikal um den Drehpunkt, wobei die Achse immer nach oben zeigt. Wenn wir den Kreisel jedoch in einem bestimmten Neigungswinkel auf den Drehpunkt legen, behält er den ursprünglichen Neigungswinkel bei und dreht sich um den Drehpunkt, und das Gyroskop selbst führt ebenfalls eine Kreisbewegung um den Drehpunkt aus.

Basierend auf den Eigenschaften des Gyroskops haben Menschen ein weiteres Ding entwickelt, nämlich das Gyroskop.

Das Gyroskop sieht einem Kreisel sehr ähnlich, tatsächlich handelt es sich jedoch lediglich um einen Kreisel, der auf einer Universalhalterung montiert ist. Da sich die Richtung der Drehachse eines rotierenden Gyroskops nur schwer ändern lässt, kann das Gyroskop in der Mitte immer stabil bleiben, ohne seine Richtung zu ändern, egal wie wir die Universalhalterung drehen. Das mag erstaunlich erscheinen, aber unsere Vorfahren hatten vor langer Zeit tatsächlich etwas Ähnliches gemacht. Wenn Sie sich gerne antike Kostüm-Palast-Kampfdramen ansehen, werden Sie feststellen, dass die Konkubinen darin im Winter immer einen kugelförmigen, hohlen Ofen mit Holzkohlefeuer darin aufhängen. Warum strömen diese Holzkohlefeuer nicht heraus und verbrennen Menschen?

Der Grund, warum das Holzkohlefeuer im antiken Ofen nicht überlief, liegt darin, dass die Struktur des Ofens aus einer Universalhalterung mit einem Holzkohlebecken in der Mitte besteht. Egal wie sehr die äußere Struktur wackelt, das Holzkohlebecken im Inneren bleibt stabil, sodass das Holzkohlefeuer nicht herausfällt.

Was wir als Gyroskop bezeichnen, ist eigentlich ein Gyroskop, das durch das Holzkohlebecken in der Mitte des kugelförmigen Ofens ersetzt wurde. Was ist also der Nutzen eines Gyroskops? Seine Funktion besteht darin, die Haltung eines Objekts zu messen. Da sich die Richtung des Gyroskops in der Mitte des Gyroskops nicht ändert, müssen wir beim Platzieren eines Gyroskops in einem Objekt nur die Winkel in verschiedenen Richtungen zwischen der äußeren Halterung des Gyroskops und dem Gyroskop messen, um die spezifische Haltung eines Objekts zu bestimmen. Im täglichen Leben sind Gyroskope in vielen Bereichen erforderlich, von der Navigation bis zur Luft- und Raumfahrt und natürlich in unseren Mobiltelefonen.

Das Gyroskop ist ein unverzichtbarer und wichtiger Bestandteil von Smartphones. Ohne sie können die meisten Funktionen von Smartphones nicht realisiert werden, da viele Funktionen ein genaues Verständnis der spezifischen Haltung des Telefons erfordern.

Obwohl Gyroskope für Mobiltelefone unverzichtbar sind, scheinen unsere Mobiltelefone, egal wie man es dreht und wendet, nicht mit diesem Ding ausgestattet zu sein, da der Platz im Inneren des Telefons wirklich begrenzt ist und es keinen Platz zu geben scheint, um dieses Ding zu installieren. Tatsächlich können wir das Gyroskop nicht sehen, wenn wir das Telefon auseinandernehmen. Was ist los? Das im Mobiltelefon eingebaute Gyroskop ist nicht dasselbe wie das Gyroskop, über das wir gerade gesprochen haben. Obwohl es auch Gyroskop genannt wird, hat es nichts mit einem Gyroskop zu tun. Vom Aussehen her handelt es sich um ein kleines schwarzes Quadrat mit einer Seitenlänge von nur wenigen Millimetern.

Dieses kleine schwarze Quadrat hat einen Namen: „Mikroelektromechanisches Gyroskop“.

Obwohl das MEMS-Gyroskop auch als Kreisel bezeichnet wird, hat es weder äußerlich noch innerlich etwas mit einem Gyroskop zu tun. Der Grund, warum es die Haltung eines Objekts messen kann, liegt darin, dass es die Corioliskraft nutzt. Die Corioliskraft wurde vom französischen Meteorologen Coriolis vorgeschlagen. Kurz gesagt: Bewegt sich ein Objekt in einem rotierenden System auf einer geraden Linie, wird es durch das rotierende System beeinflusst, und die Bewegungsbahn wird abgelenkt und nimmt eine Kurve an. Die Erde dreht sich, also ist die Erde ein solches rotierendes System. Da sich die Erde von Westen nach Osten dreht, wird der Wind auf der Nordhalbkugel, egal aus welcher Richtung er weht, nach rechts abgelenkt, während es auf der Südhalbkugel genau umgekehrt ist: Der Wind wird nach links abgelenkt.

Nachdem wir nun die Corioliskraft verstehen, können wir über das MEMS-Gyroskop sprechen.

Der Hauptkörper des MEMS-Gyroskops ist ein Masseblock, der unter der Einwirkung von Wechselspannung hin und her schwingt. Diese Bewegung ist im Wesentlichen eine lineare Bewegung. Wenn sich das Gyroskop zu drehen beginnt, wird es durch die Corioliskraft beeinflusst und das horizontal schwingende Gyroskop wird ausgelenkt. Das heißt, es verfügt nicht nur über eine horizontale, sondern auch eine vertikale Bewegung. Änderungen in Bewegungsmustern führen zu leichten Änderungen der Kapazitätswerte und durch die Erfassung dieser leichten Änderungen können wir Änderungen in der Haltung des Objekts verstehen. Natürlich kann ein einzelnes MEMS-Gyroskop Haltungsänderungen nur in eine Richtung erfassen, aber wenn zwei oder drei davon in einem Mobiltelefon installiert sind, kann es die Haltung des Telefons in alle Richtungen genau erkennen. Schließlich ist das Ding sehr klein und nimmt nicht viel Platz weg.

Für weitere Informationen folgen Sie bitte dem offiziellen Account: sunmonarch