Fungovanie senzora gyroskopu a jeho aplikácie

Fungovanie senzora gyroskopu a jeho aplikácie

Mikroelektromechanické systémy, ľudovo nazývané MEMS, sú technológiou veľmi malých elektromechanických a mechanických zariadení. Pokrok v technológii MEMS nám pomohol vyvinúť všestranné produkty. Mnohé z mechanických zariadení ako napr Akcelerometer , Gyroskop atď ... je teraz možné použiť so spotrebnou elektronikou. To bolo možné pomocou technológie MEMS. Tieto snímače sú zabalené podobne ako iné integrované obvody. Akcelerometre a gyroskopy sa navzájom dopĺňajú, takže sa zvyčajne používajú spoločne. Akcelerometer meria lineárne zrýchlenie alebo smerový pohyb objektu, zatiaľ čo senzor gyroskopu meria uhlovú rýchlosť alebo sklon alebo bočnú orientáciu objektu. K dispozícii sú tiež gyroskopické snímače pre viac osí.



Čo je senzor gyroskopu?

Senzor gyroskopu je zariadenie, ktoré dokáže merať a udržiavať orientáciu a uhlová rýchlosť predmetu. Sú pokročilejšie ako akcelerometre. Môžu merať náklon a bočnú orientáciu objektu, zatiaľ čo akcelerometer meria iba lineárny pohyb.


Gyroskopické snímače sa tiež nazývajú snímače uhlovej rýchlosti alebo snímače uhlovej rýchlosti. Tieto snímače sú inštalované v aplikáciách, kde je orientácia objektu ľuďmi ťažko zrozumiteľná.





Uhlová rýchlosť meraná v stupňoch za sekundu je zmena uhla rotácie objektu za jednotku času.

Senzor gyroskopu

Senzor gyroskopu



Princíp fungovania senzora gyroskopu

Okrem snímania uhlovej rýchlosti môžu snímače gyroskopu merať aj pohyb objektu. Pre robustnejšie a presnejšie snímanie pohybu sú v spotrebnej elektronike snímače gyroskopu kombinované so snímačmi akcelerometra.

V závislosti od smeru existujú tri typy merania uhlovej rýchlosti. Vybočenie - horizontálne otočenie na rovnom povrchu pri pohľade na objekt zhora, Rozstup - vertikálne otočenie pri pohľade na objekt spredu, rolovanie - horizontálne otočenie pri pohľade na objekt spredu.


Koncept Coriolisovej sily sa používa v senzoroch gyroskopu. V tomto snímači na meranie uhlovej rýchlosti sa rýchlosť otáčania snímača prevádza na elektrický signál. Princíp činnosti snímača gyroskopu je možné pochopiť sledovaním činnosti snímača vibračného gyroskopu.

Tento snímač pozostáva z vnútorného vibračného prvku vyrobeného z krištáľového materiálu v tvare dvojitej štruktúry T. Táto konštrukcia obsahuje stacionárnu časť v strede s pripevneným „Sensing Arm“ a „Drive Arm“ na oboch stranách.

Táto štruktúra dvojitého T je symetrická. Pri pôsobení striedavého vibračného elektrického poľa na hnacie ramená sa vytvárajú nepretržité bočné vibrácie. Pretože ramená pohonu sú symetrické, pohyb jedného ramena doľava sa druhým pohybuje doprava, čím sa eliminujú netesné vibrácie. To udržuje stacionárnu časť v strede a snímacie rameno zostáva statické.

Keď na snímač pôsobí vonkajšia rotačná sila, sú na hnacích ramenách spôsobené vertikálne vibrácie. To vedie k vibráciám hnacích ramien v smere nahor a nadol, v dôsledku čoho na stacionárnu časť v strede pôsobí rotačná sila.

Rotácia nehybnej časti vedie k vertikálnym vibráciám v snímacích ramenách. Tieto vibrácie spôsobené v snímacom ramene sa merajú ako zmena elektrického náboja. Táto zmena sa používa na meranie vonkajšej rotačnej sily pôsobiacej na snímač ako uhlová rotácia.

Typy

S pokrokom v technológii sa vyrábajú vysoko presné, spoľahlivé a miniatúrne zariadenia. Presnejšie merania orientácie a pohybu v 3D priestore boli možné vďaka integrácii senzora gyroskopu. Gyroskopy sú tiež k dispozícii v rôznych veľkostiach s rôznymi výkonmi.

Na základe ich veľkostí sa snímače gyroskopu delia na malé a veľké. Hierarchiu senzorov gyroskopu môžeme zaradiť od veľkej po malú ako kruhový laserový gyroskop, vláknový optický gyroskop, fluidný gyroskop a vibračný gyroskop.

Malý a ľahší na používanie je najobľúbenejší vibračný gyroskop. Presnosť vibračného gyroskopu závisí od materiálu stacionárneho prvku použitého v snímači a štrukturálnych rozdielov. Výrobcovia teda používajú rôzne materiály a konštrukcie na zvýšenie presnosti vibračného gyroskopu.

Typy vibračného gyroskopu

Pre Piezoelektrické meniče , pre stacionárnu časť snímača sa používajú materiály ako krištáľ a keramika. Tu sa pre štruktúry kryštálového materiálu, ako je štruktúra s dvojitým T, používa ladička a ladička v tvare písmena H. Pri použití keramického materiálu sa zvolí hranolová alebo stĺpcová štruktúra.

Charakteristiky snímača vibračného gyroskopu zahŕňajú mierku, teplotno-frekvenčný koeficient, kompaktnú veľkosť, odolnosť proti nárazom, stabilitu a hlučnosť.

Senzor gyroskopu v mobile

Pre uľahčenie dobrého používateľského zážitku sú v dnešnej dobe smartfóny vybavené rôznymi typmi senzorov. Tieto snímače tiež poskytujú telefónne informácie o svojom okolí a tiež pomáhajú predĺžiť životnosť batérie.

Steve Jobs ako prvý použil technológiu gyroskopu v spotrebnej elektronike. Apple iPhone bol prvý smartphone so senzorovou technológiou Gyroscope. Pomocou gyroskopu v smartfóne dokážeme pomocou telefónov detegovať pohyb a gestá. Inteligentné telefóny majú zvyčajne elektronickú verziu senzora vibračného gyroskopu.

Mobilná aplikácia Gyroscope Sensor

Aplikácia Gyroscope Sensor pomáha zistiť sklon a orientáciu mobilného telefónu. Aplikácia Gyroscope Sensor je užitočná pre staré smartphony, ktoré senzor Gyroscope nemajú.

Aplikácia ako GyroEmu an Xposed modul využíva akcelerometer a magnetometer prítomné v telefóne na simuláciu gyroskopického senzora. Senzor gyroskopu sa väčšinou používa v smartfóne na hranie špičkových technológií AR hier.

Aplikácie

Gyroskopické snímače sa používajú na všestranné použitie. Kruhové laserové gyroskopy sa používajú v raketoplánoch Aircraft a Source, zatiaľ čo gyroskopy s optickými vláknami sa používajú v závodných automobiloch a motorových člnoch.

Snímače vibračného gyroskopu sa používajú v automobilových navigačných systémoch, elektronických systémoch riadenia stability vozidiel, snímaní pohybu pre mobilné hry, systémoch detekcie otrasov kamier v digitálnych fotoaparátoch, rádiom riadených vrtuľníkoch, robotických systémoch atď.

Hlavnými funkciami gyroskopického snímača pre všetky aplikácie sú snímanie uhlovej rýchlosti, snímanie uhla a kontrolné mechanizmy. Rozmazanie obrazu vo fotoaparátoch je možné kompenzovať pomocou optického stabilizačného systému založeného na senzore Gyroscope.

Pochopením ich správania a charakteristík vývojári navrhujú mnoho efektívnych a lacných produktov, ako je napríklad bezdrôtová myš založená na gestách, smerové ovládanie invalidného vozíka, systém na ovládanie externých zariadení pomocou príkazov gestami atď ...

Vyrába sa veľa nových aplikácií, ktoré menia spôsob, akým môžeme naše gestá používať ako príkazy na ovládanie zariadení. Niektoré zo gyroskopických snímačov dostupných na trhu sú MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Ktorá mobilná aplikácia. používali ste na svojom mobilnom telefóne simuláciu senzora gyroskopu?