Работа на сензора за жироскоп и неговото приложение

Работа на сензора за жироскоп и неговото приложение

Микроелектромеханичните системи, известни като MEMS, са технологията на много малки електромеханични и механични устройства. Напредъкът в технологията MEMS ни помогна да разработим универсални продукти. Много от механичните устройства като Акселерометър , Жироскоп и т.н. ... вече могат да се използват с потребителска електроника. Това беше възможно с технологията MEMS. Тези сензори са опаковани по подобен начин на други интегрални схеми. Акселерометрите и жироскопите се допълват взаимно, така че те обикновено се използват заедно. Акселерометър измерва линейното ускорение или насоченото движение на обект, докато сензорът за жироскоп измерва ъгловата скорост или наклон или страничната ориентация на обекта. Предлагат се и жироскопни сензори за множество оси.



Какво е сензор за жироскоп?

Жироскопният сензор е устройство, което може да измерва и поддържа ориентацията и ъглова скорост на обект. Те са по-напреднали от акселерометрите. Те могат да измерват наклона и страничната ориентация на обекта, докато акселерометърът може да измерва само линейното движение.


Жироскопните сензори се наричат ​​още сензори за ъглова скорост или ъглови сензори за скорост. Тези сензори се инсталират в приложенията, където ориентацията на обекта е трудна за усещане от хората.





Измерена в градуси в секунда, ъгловата скорост е промяната в ъгъла на въртене на обекта за единица време.

Сензор за жироскоп

Сензор за жироскоп



Принцип на работа на сензора за жироскоп

Освен че усещат ъгловата скорост, сензорите за жироскоп могат да измерват и движението на обекта. За по-стабилно и точно засичане на движение, в потребителската електроника сензорите за жироскоп се комбинират със сензори за акселерометър.

В зависимост от посоката има три вида измервания на ъгловата скорост. Yaw - хоризонталното завъртане на равна повърхност, когато се вижда обектът отгоре, Pitch - вертикално завъртане, както се вижда обекта отпред, Roll - хоризонталното завъртане, когато се вижда обектът отпред


Концепцията за сила на Кориолис се използва в сензорите за жироскоп. В този сензор за измерване на ъгловата скорост скоростта на въртене на сензора се преобразува в електрически сигнал. Принципът на работа на сензора за жироскоп може да бъде разбран чрез наблюдение на работата на сензора за вибрационен жироскоп.

Този сензор се състои от вътрешен вибриращ елемент, изграден от кристален материал във формата на двойна Т-структура. Тази конструкция се състои от неподвижна част в центъра с прикрепено към нея ‘Sensing Arm’ и ‘Drive Arm’ от двете страни.

Тази двойна Т-структура е симетрична. Когато се прилага променливо вибрационно електрическо поле към задвижващите рамена, се получават непрекъснати странични вибрации. Тъй като задвижващите рамена са симетрични, когато едното рамо се движи наляво, другото се движи надясно, като по този начин се премахват изтичащите вибрации. Това задържа неподвижната част в центъра и сензорното рамо остава статично.

Когато външната ротационна сила е приложена към сензора, вертикалните вибрации се причиняват на задвижващите рамена. Това води до вибрации на задвижващите рамена в посока нагоре и надолу, поради което въртяща сила действа върху неподвижната част в центъра.

Въртенето на неподвижната част води до вертикалните вибрации в сензорните рамена. Тези вибрации, причинени в сензорното рамо, се измерват като промяна в електрическия заряд. Тази промяна се използва за измерване на външната ротационна сила, приложена към сензора като ъглово въртене.

Видове

С напредъка в технологиите се произвеждат много точни, надеждни и миниатюрни устройства. По-точните измервания на ориентацията и движението в 3D пространство станаха възможни с интегрирането на сензора за жироскоп. Жироскопите също се предлагат в различни размери с различни характеристики.

Въз основа на техните размери, жироскопните сензори се разделят на малки и големи. От голяма до малка йерархията на жироскопните сензори може да бъде изброена като пръстенен лазерен жироскоп, оптичен жироскоп, флуиден жироскоп и вибрационен жироскоп.

Като малък и по-лесен за използване вибрационен жироскоп е най-популярен. Точността на вибрационния жироскоп зависи от материала на неподвижния елемент, използван в сензора, и структурните разлики. Така че производителите използват различни материали и структури, за да увеличат точността на вибрационния жироскоп.

Видове вибрационен жироскоп

За Пиезоелектрични преобразуватели , за неподвижната част на сензора се използват материали като кристал и керамика. Тук за кристални материални структури като двойна Т-структура, камертон и H-образна камертон се използват. Когато се използва керамичен материал, се избира призматична или колонна структура.

Характеристиките на сензора за вибрационен жироскоп включват мащабен фактор, коефициент на температурно-честотна честота, компактен размер, устойчивост на удар, стабилност и шумови характеристики.

Сензор за жироскоп в мобилен телефон

За да се улесни доброто потребителско изживяване в днешно време смартфоните са вградени с различни видове сензори. Тези сензори също предоставят телефонна информация за заобикалящата го среда и също помагат за удължен живот на батерията.

Стив Джобс е първият, който използва технологията за жироскоп в потребителската електроника. Apple iPhone беше първият смартфон с технология сензор за жироскоп. С помощта на жироскоп в смартфона можем да откриваме движение и жестове с нашите телефони. Смартфоните обикновено имат електронна версия на сензора за вибрационен жироскоп.

Мобилно приложение за сензор за жироскоп

Приложението Gyroscope Sensor помага за откриване на наклона и ориентацията на мобилния телефон. Приложението Gyroscope Sensor е полезно за стари смартфони, които нямат сензор за жироскоп.

Приложение като GyroEmu an Xposed модул използва акселерометър и магнитометър, налични в телефона, за да симулира сензор за жироскоп. Жироскопният сензор се използва най-вече на смартфона за игра на високотехнологични AR игри.

Приложения

Жироскопните сензори се използват за универсални приложения. Пръстенови лазерни жироскопи се използват в самолетите и совалките за източници, докато оптичните жироскопи се използват в състезателни автомобили и моторни лодки.

Вибрационните жироскопни сензори се използват в автомобилните навигационни системи, електронни системи за контрол на стабилността на автомобилите, сензори за движение за мобилни игри, системи за откриване на трептене на камерата в цифрови камери, радиоуправляеми хеликоптери, роботизирани системи и др ...

Основните функции на сензора за жироскоп за всички приложения са засичане на ъглова скорост, засичане на ъгъл и механизми за управление. Размазването на изображението в камерите може да се компенсира с помощта на система за оптична стабилизация на изображението, базирана на сензор за жироскоп.

Разбирайки тяхното поведение и характеристики, разработчиците проектират много ефикасни и евтини продукти като управление чрез безжична мишка, базирано на жестове, управление на посоката на инвалидната количка, система за управление на външни устройства с помощта на жестови команди и т.н ...

Създават се много нови приложения, които променят начина, по който можем да използваме жестовете си като команди за управление на устройства. Някои от сензорите за жироскоп, предлагани на пазара, са MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Кое мобилно приложение. използвали ли сте да симулирате сензор за жироскоп на мобилния си телефон?