Działanie czujnika żyroskopowego i jego zastosowania

Działanie czujnika żyroskopowego i jego zastosowania

Systemy mikroelektromechaniczne, popularnie zwane MEMS, to technologia bardzo małych urządzeń elektromechanicznych i mechanicznych. Postęp w technologii MEMS pomógł nam opracować wszechstronne produkty. Wiele urządzeń mechanicznych, takich jak Akcelerometr , Żyroskop itp.… Mogą być teraz używane z elektroniką użytkową. Było to możliwe dzięki technologii MEMS. Czujniki te są pakowane podobnie do innych układów scalonych. Akcelerometry i żyroskopy uzupełniają się wzajemnie, więc są zwykle używane razem. Akcelerometr mierzy przyspieszenie liniowe lub kierunkowy ruch obiektu, podczas gdy czujnik żyroskopowy mierzy prędkość kątową lub pochylenie lub orientację boczną obiektu. Dostępne są również czujniki żyroskopowe dla wielu osi.



Co to jest czujnik żyroskopowy?

Czujnik żyroskopowy to urządzenie, które może mierzyć i utrzymywać orientację i prędkość kątowa przedmiotu. Są bardziej zaawansowane niż akcelerometry. Mogą one mierzyć nachylenie i orientację boczną obiektu, podczas gdy akcelerometr może mierzyć tylko ruch liniowy.


Czujniki żyroskopowe są również nazywane czujnikami prędkości kątowej lub czujnikami prędkości kątowej. Czujniki te są instalowane w aplikacjach, w których orientacja obiektu jest trudna do wykrycia przez ludzi.





Prędkość kątowa mierzona w stopniach na sekundę to zmiana kąta obrotu obiektu w jednostce czasu.

Czujnik żyroskopu

Czujnik żyroskopu



Zasada działania czujnika żyroskopowego

Oprócz wykrywania prędkości kątowej czujniki żyroskopowe mogą również mierzyć ruch obiektu. W celu zapewnienia bardziej niezawodnego i dokładnego wykrywania ruchu w elektronice użytkowej Czujniki żyroskopowe są łączone z czujnikami akcelerometru.

W zależności od kierunku istnieją trzy rodzaje pomiarów prędkości kątowej. Yaw - obrót w poziomie na płaskiej powierzchni patrząc na obiekt z góry, Pitch - obrót w pionie widziany z przodu obiektu, Roll - obrót w poziomie, patrząc na obiekt z przodu.


Pojęcie siły Coriolisa jest wykorzystywane w czujnikach żyroskopowych. W tym czujniku do pomiaru prędkości kątowej prędkość obrotowa czujnika jest przetwarzana na sygnał elektryczny. Zasada działania czujnika żyroskopu można zrozumieć obserwując działanie czujnika żyroskopu wibracji.

Czujnik ten składa się z wewnętrznego wibrującego elementu wykonanego z materiału krystalicznego w kształcie podwójnej struktury T. Konstrukcja ta składa się ze stacjonarnej części pośrodku, do której przymocowane jest „ramię czujnikowe” i „ramię napędowe” po obu stronach.

Ta podwójna konstrukcja T jest symetryczna. Kiedy na ramiona napędowe przykładane jest zmienne pole elektryczne drgań, wytwarzane są ciągłe drgania boczne. Ponieważ ramiona napędowe są symetryczne, gdy jedno ramię przesuwa się w lewo, drugie przesuwa się w prawo, eliminując w ten sposób wyciekające wibracje. Dzięki temu część stacjonarna pozostaje pośrodku, a ramię czujnika pozostaje statyczne.

Kiedy zewnętrzna siła obrotowa działa na czujnik, na ramiona napędowe powstają pionowe drgania. Prowadzi to do drgań ramion napędowych w kierunku do góry i do dołu, w wyniku czego na część stacjonarną w środku działa siła obrotowa.

Obrót części stacjonarnej prowadzi do drgań pionowych w ramionach czujnikowych. Te drgania wywołane w ramieniu czujnikowym są mierzone jako zmiana ładunku elektrycznego. Zmiana ta służy do pomiaru zewnętrznej siły obrotowej przyłożonej do czujnika jako obrót kątowy.

Rodzaje

Wraz z postępem technologicznym produkowane są bardzo dokładne, niezawodne i miniaturowe urządzenia. Dokładniejsze pomiary orientacji i ruchu w przestrzeni 3D stały się możliwe dzięki integracji czujnika żyroskopu. Żyroskopy są również dostępne w różnych rozmiarach o różnej wydajności.

Ze względu na ich rozmiary czujniki żyroskopów są podzielone na małe i duże. Od dużych do małych hierarchię czujników żyroskopowych można wymienić jako pierścieniowy żyroskop laserowy, żyroskop światłowodowy, żyroskop płynowy i żyroskop wibracyjny.

Jako mały i łatwiejszy w użyciu żyroskop wibracyjny jest najbardziej popularny. Dokładność żyroskopu wibracyjnego zależy od materiału nieruchomego elementu zastosowanego w czujniku i różnic konstrukcyjnych. Dlatego producenci używają różnych materiałów i struktur, aby zwiększyć dokładność żyroskopu wibracyjnego.

Rodzaje żyroskopów wibracyjnych

Dla Przetworniki piezoelektryczne Na nieruchomą część czujnika zastosowano materiały takie jak kryształ i ceramika. Tutaj w przypadku struktur materiałów krystalicznych, takich jak konstrukcja podwójnego T, stosuje się kamerton widełkowy i kamertonowy w kształcie litery H. W przypadku materiału ceramicznego wybiera się strukturę pryzmatyczną lub kolumnową.

Charakterystyka czujnika żyroskopu wibracyjnego obejmuje współczynnik skali, współczynnik temperatury i częstotliwości, kompaktowe rozmiary, odporność na wstrząsy, stabilność i charakterystykę hałasu.

Żyroskop w telefonie komórkowym

Aby ułatwić użytkownikom dobre wrażenia, w dzisiejszych czasach smartfony są wyposażone w różnego rodzaju czujniki. Czujniki te dostarczają również informacji o otoczeniu telefonu, a także pomagają w wydłużeniu żywotności baterii.

Steve Jobs był pierwszym, który zastosował technologię żyroskopu w elektronice użytkowej. Apple iPhone był pierwszym smartfonem wyposażonym w technologię czujnika żyroskopu. Za pomocą żyroskopu w smartfonie możemy za pomocą naszych telefonów wykrywać ruch i gesty. Smartfony mają zazwyczaj elektroniczną wersję czujnika Vibration Gyroscope.

Aplikacja mobilna Czujnik żyroskopu

Aplikacja Żyroskop Sensor pomaga wykryć pochylenie i orientację telefonu komórkowego. Aplikacja Czujnik żyroskopu jest przydatna w przypadku starych smartfonów, które nie mają czujnika żyroskopu.

Aplikacja taka jak GyroEmu i moduł Xposed wykorzystuje akcelerometr i magnetometr obecny w telefonie do symulacji czujnika żyroskopu. Czujnik żyroskopu jest najczęściej używany w smartfonie do grania w zaawansowane technologicznie gry AR.

Aplikacje

Czujniki żyroskopowe mają wszechstronne zastosowanie. Żyroskopy laserowe pierścieniowe są używane w samolotach i promach typu Source, natomiast żyroskopy światłowodowe są używane w samochodach wyścigowych i motorówkach.

Czujniki drgań żyroskopowe są stosowane w samochodowych systemach nawigacji, elektronicznych systemach kontroli stabilności pojazdów, czujnikach ruchu w grach mobilnych, systemach wykrywania drgań kamery w aparatach cyfrowych, helikopterach sterowanych radiowo, systemach robotycznych itp.

Główne funkcje czujnika żyroskopowego we wszystkich zastosowaniach to wykrywanie prędkości kątowej, wykrywanie kąta i mechanizmy kontrolne. Rozmycie obrazu w aparatach można skompensować za pomocą systemu optycznej stabilizacji obrazu opartego na czujniku żyroskopowym.

Rozumiejąc ich zachowanie i cechy, programiści projektują wiele wydajnych i niedrogich produktów, takich jak sterowanie myszą bezprzewodową za pomocą gestów, sterowanie kierunkowe wózkiem inwalidzkim, system sterowania urządzeniami zewnętrznymi za pomocą poleceń gestów itp.

Powstaje wiele nowych aplikacji, które zmieniają sposób, w jaki możemy używać naszych gestów jako poleceń do sterowania urządzeniami. Niektóre z czujników żyroskopowych dostępnych na rynku to MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Która aplikacja mobilna. Czy kiedykolwiek symulowałeś czujnik żyroskopu w swoim telefonie komórkowym?