Accelerometro e giroscopio: Qual è la differenza?

Molti dispositivi sensoriali diversi sono usati per determinare la posizione e l’orientamento di un oggetto. I più comuni di questi sensori sono il giroscopio e l’accelerometro. Anche se simili nello scopo, misurano cose diverse. Quando sono combinati in un singolo dispositivo, possono creare una serie di informazioni molto potenti.

Cos’è un giroscopio?

Un giroscopio è un dispositivo che usa la gravità terrestre per aiutare a determinare l’orientamento. Il suo design consiste in un disco liberamente rotante chiamato rotore, montato su un asse di rotazione al centro di una ruota più grande e stabile. Mentre l’asse gira, il rotore rimane fermo per indicare l’attrazione gravitazionale centrale, e quindi da che parte è “giù”.”

“Un tipo tipico di giroscopio è fatto sospendendo un rotore relativamente massiccio all’interno di tre anelli chiamati gimbal”, secondo una guida allo studio della Georgia State University. “Il montaggio di ciascuno di questi rotori su superfici di cuscinetti di alta qualità assicura che una coppia molto piccola possa essere esercitata sul rotore interno.”

I giroscopi furono inventati e nominati per la prima volta nel XIX secolo dal fisico francese Jean-Bernard-Léon Foucault. Solo nel 1908 l’inventore tedesco H. Anschütz-Kaempfe sviluppò la prima girobussola funzionante, secondo l’Enciclopedia Britannica. Fu creata per essere usata in un sommergibile. Poi, nel 1909, fu usata per creare il primo pilota automatico.

Cos’è un accelerometro?

Un accelerometro è un dispositivo compatto progettato per misurare l’accelerazione non gravitazionale. Quando l’oggetto in cui è integrato passa da fermo a qualsiasi velocità, l’accelerometro è progettato per rispondere alle vibrazioni associate a tale movimento. Utilizza cristalli microscopici che vanno sotto stress quando si verificano le vibrazioni, e da questo stress si genera una tensione per creare una lettura su qualsiasi accelerazione. Gli accelerometri sono componenti importanti per i dispositivi che tracciano il fitness e altre misure nell’auto-movimento quantificato.

Il primo accelerometro fu chiamato la macchina Atwood e fu inventato dal fisico inglese George Atwood nel 1783, secondo il libro “Practical MEMS,” di Ville Kaajakari.

Usi di un giroscopio o di un accelerometro

La differenza principale tra i due dispositivi è semplice: uno può sentire la rotazione, mentre l’altro no. In un certo senso, l’accelerometro può misurare l’orientamento di un oggetto fermo rispetto alla superficie terrestre. Quando accelera in una particolare direzione, l’accelerometro non è in grado di distinguere tra questa e l’accelerazione fornita dall’attrazione gravitazionale della Terra. Se si dovesse considerare questo handicap quando viene usato in un aereo, l’accelerometro perde rapidamente molto del suo fascino.

Il giroscopio mantiene il suo livello di efficacia essendo in grado di misurare il tasso di rotazione intorno a un particolare asse. Quando misura il tasso di rotazione intorno all’asse di rollio di un aereo, identifica un valore reale fino a quando l’oggetto si stabilizza. Utilizzando i principi chiave del momento angolare, il giroscopio aiuta a indicare l’orientamento. In confronto, l’accelerometro misura l’accelerazione lineare basata sulla vibrazione.

Il tipico accelerometro a due assi dà agli utenti una direzione di gravità in un aereo, smartphone, auto o altro dispositivo. In confronto, un giroscopio è destinato a determinare una posizione angolare basata sul principio della rigidità dello spazio. Le applicazioni di ogni dispositivo variano abbastanza drasticamente nonostante il loro scopo simile. Un giroscopio, per esempio, è utilizzato nella navigazione su veicoli aerei senza equipaggio, bussole e grandi imbarcazioni, aiutando in definitiva la stabilità nella navigazione. Gli accelerometri sono altrettanto diffusi nell’uso e si possono trovare nell’ingegneria, nei macchinari, nel monitoraggio dell’hardware, nell’edilizia e nel monitoraggio strutturale, nella navigazione, nei trasporti e anche nell’elettronica di consumo.

L’apparizione dell’accelerometro nel mercato dell’elettronica di consumo, con l’introduzione di dispositivi così diffusi come l’iPhone che lo utilizzano per l’app bussola integrata, ha facilitato la sua popolarità complessiva in tutti i settori del software. Determinare l’orientamento dello schermo, agire come una bussola e annullare le azioni semplicemente scuotendo lo smartphone sono alcune funzioni di base che si basano sulla presenza di un accelerometro. Negli ultimi anni, la sua applicazione tra l’elettronica di consumo si estende ora ai portatili personali.

Sensori in uso

L’uso nel mondo reale illustra meglio le differenze tra questi sensori. Gli accelerometri sono usati per determinare l’accelerazione, anche se un accelerometro a tre assi potrebbe identificare l’orientamento di una piattaforma rispetto alla superficie terrestre. Tuttavia, una volta che la piattaforma inizia a muoversi, le sue letture diventano più complicate da interpretare. Per esempio, in una caduta libera, l’accelerometro mostrerebbe un’accelerazione zero. In un aereo che esegue un angolo di inclinazione di 60 gradi per una virata, un accelerometro a tre assi registrerebbe un’accelerazione verticale di 2 G, ignorando completamente l’inclinazione. In definitiva, un accelerometro non può essere usato da solo per aiutare a mantenere gli aerei correttamente orientati.

Gli accelerometri trovano invece impiego in una varietà di articoli elettronici di consumo. Per esempio, tra i primi smartphone a farne uso è stato l’iPhone 3GS di Apple con l’introduzione di funzioni come l’app bussola e lo shake to undo, secondo Wired.

Un giroscopio sarebbe usato in un aereo per aiutare a indicare il tasso di rotazione intorno all’asse di rollio dell’aereo. Mentre un aereo rotola, il giroscopio misurerà valori non nulli fino a quando la piattaforma non si livella, dopodiché leggerà un valore zero per indicare la direzione di “giù”. Il miglior esempio di lettura di un giroscopio è quello dell’indicatore di altitudine sui tipici aerei. È rappresentato da un display circolare con lo schermo diviso a metà, la metà superiore è di colore blu per indicare il cielo, e la parte inferiore è rossa per indicare il terreno. Quando un aereo si inclina per una virata, l’orientamento del display si sposta con l’inclinazione per tenere conto della direzione effettiva del terreno.

L’uso previsto di ogni dispositivo influenza in definitiva la loro praticità in ogni piattaforma utilizzata. Molti dispositivi beneficiano della presenza di entrambi i sensori, anche se molti si basano sull’uso di uno solo. A seconda del tipo di informazioni da raccogliere – accelerazione o orientamento – ogni dispositivo fornirà risultati diversi.

Ulteriore segnalazione di Alina Bradford, collaboratrice di Live Science.