Работа датчика гироскопа и его приложения

Микроэлектромеханические системы , широко известная как МЭМС, представляет собой технологию очень маленьких электромеханических и механических устройств. Развитие технологии MEMS помогло нам разработать универсальные продукты. Многие механические устройства, такие как акселерометр, гироскоп и т. Д., Теперь могут использоваться с бытовой электроникой. Это стало возможным с помощью технологии MEMS. Эти датчики упакованы так же, как и другие ИС. Акселерометры и гироскопы дополняют друг друга, поэтому их обычно используют вместе. Акселерометр измеряет линейное ускорение или направленное движение объекта, тогда как датчик гироскопа измеряет угловую скорость, наклон или поперечную ориентацию объекта. Также доступны датчики гироскопа для нескольких осей.

Что такое датчик гироскопа?

Датчик гироскопа - это устройство, которое может измерять и поддерживать ориентацию и угловую скорость объекта. Они более совершенные, чем акселерометры. Они могут измерять наклон и поперечную ориентацию объекта, тогда как акселерометр может измерять только линейное движение.

Датчики гироскопа также называются датчиками угловой скорости или датчиками угловой скорости. Эти датчики устанавливаются в приложениях, где ориентация объекта затруднена человеком.

Угловая скорость, измеряемая в градусах в секунду, - это изменение угла поворота объекта за единицу времени.

Принцип работы датчика гироскопа

Помимо измерения угловой скорости, датчики гироскопа также могут измерять движение объекта. Для более надежного и точного определения движения в бытовой электронике датчики гироскопа сочетаются с датчиками акселерометра.

В зависимости от направления существует три типа измерения угловой скорости. Yaw - горизонтальное вращение на плоской поверхности при взгляде на объект сверху, Pitch - вертикальное вращение при взгляде на объект спереди, Roll - горизонтальное вращение при взгляде на объект спереди.

Концепция силы Кориолиса используется в датчиках гироскопа. В этом датчике для измерения угловой скорости скорость вращения датчика преобразуется в электрический сигнал. Принцип работы датчика гироскопа можно понять, наблюдая за работой датчика гироскопа вибрации.

Этот датчик состоит из внутреннего вибрирующего элемента, состоящего из кристаллического материала в форме двойной Т-образной структуры. Эта конструкция состоит из неподвижной части в центре с прикрепленным к ней «измерительным рычагом» и «приводным рычагом» с обеих сторон.

Эта двойная Т-образная структура симметрична. Когда к приводным рычагам прикладывается переменное вибрационное электрическое поле, возникают непрерывные поперечные колебания. Поскольку приводные рычаги симметричны, когда один рычаг движется влево, другой движется вправо, тем самым нейтрализуя утечки вибраций. Благодаря этому неподвижная часть остается в центре, а чувствительный рычаг остается неподвижным.

Когда к датчику прикладывается внешняя вращающая сила, приводные рычаги вызывают вертикальные колебания. Это приводит к вибрации приводных рычагов в направлении вверх и вниз, из-за чего сила вращения действует на неподвижную часть в центре.

Вращение неподвижной части приводит к вертикальным колебаниям чувствительных рычагов. Эти колебания, вызываемые чувствительным рычагом, измеряются как изменение электрического заряда. Это изменение используется для измерения внешней вращающей силы, приложенной к датчику, как углового вращения.

Типы

С развитием технологий производятся высокоточные, надежные и миниатюрные устройства. Более точные измерения ориентации и движения в трехмерном пространстве стали возможны благодаря интеграции датчика гироскопа. Гироскопы также доступны в разных размерах и с разными характеристиками.

В зависимости от размеров датчики гироскопа делятся на маленькие и большие. В иерархии датчиков гироскопа от большого до малого можно выделить кольцевой лазерный гироскоп, волоконно-оптический гироскоп, жидкостной гироскоп и вибрационный гироскоп.

Гироскоп с небольшим размером и более простым в использовании является наиболее популярным. Точность вибрационного гироскопа зависит от материала неподвижного элемента, используемого в датчике, и конструктивных отличий. Поэтому производители используют разные материалы и конструкции для повышения точности вибрационного гироскопа.

Типы вибрационных гироскопов

В пьезоэлектрических преобразователях для неподвижной части датчика используются такие материалы, как кристалл и керамика. Здесь для кристаллических материалов используются такие структуры, как двойная Т-образная структура, камертон и Н-образный камертон. При использовании керамического материала выбирается призматическая или столбчатая структура.

Характеристики датчика вибрационного гироскопа включают масштабный коэффициент, температурно-частотный коэффициент, компактный размер, ударопрочность, стабильность и шумовые характеристики.

Датчик гироскопа в мобильном телефоне

Чтобы упростить взаимодействие с пользователем, в наши дни в смартфоны встроены различные типы датчиков. Эти датчики также предоставляют телефону информацию об окружающем пространстве и помогают продлить срок службы батареи.

Стив Джобс первым применил технологию гироскопа в бытовой электронике. Apple iPhone был первым смартфоном, в котором была установлена ​​сенсорная технология гироскопа. С помощью гироскопа в смартфоне мы можем обнаруживать движение и жесты с помощью наших телефонов. Смартфоны обычно имеют электронную версию датчика вибрационного гироскопа.

Мобильное приложение Gyroscope Sensor

Приложение Gyroscope Sensor помогает определять наклон и ориентацию мобильного телефона. Приложение Gyroscope Sensor полезно для старых смартфонов, на которых нет датчика гироскопа.

Приложение, такое как GyroEmu и модуль Xposed, использует акселерометр и магнитометр, имеющиеся на телефоне, для имитации датчика гироскопа. Датчик гироскопа в основном используется на смартфонах для игры в высокотехнологичные игры с дополненной реальностью.

Приложения

Датчики гироскопа используются для разнообразных приложений. Кольцевые лазерные гироскопы используются в самолетах и ​​челноках, тогда как оптоволоконные гироскопы используются в гоночных автомобилях и моторных лодках.

Датчики вибрационного гироскопа используются в автомобильных навигационных системах, электронных системах контроля устойчивости транспортных средств, обнаружении движения для мобильных игр, системах обнаружения дрожания камеры в цифровых камерах, радиоуправляемых вертолетах. , Робототехнические системы и т. Д.

Основными функциями датчика гироскопа для всех приложений являются определение угловой скорости, определение угла и механизмы управления. Размытие изображения в камерах можно компенсировать с помощью системы оптической стабилизации изображения на основе датчика гироскопа.

Понимая их поведение и характеристики, разработчики создают множество эффективных и недорогих продуктов, таких как управление беспроводной мышью на основе жестов, управление креслом-коляской по направлению, система для управлять внешними устройствами с помощью команд жестов и т. д.

Создается много новых приложений, которые меняют способ использования жестов в качестве команд для управления устройствами. Некоторые из доступных на рынке датчиков гироскопа:MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Какое мобильное приложение. Вы когда-нибудь имитировали датчик гироскопа на своем мобильном телефоне?