Gyroscoopsensor werkt en zijn toepassingen

Micro-elektromechanische systemen , in de volksmond bekend als MEMS, is de technologie van zeer kleine elektromechanische en mechanische apparaten. Vooruitgang in MEMS-technologie heeft ons geholpen om veelzijdige producten te ontwikkelen. Veel van de mechanische apparaten zoals versnellingsmeter, gyroscoop, enz ... kunnen nu worden gebruikt met consumentenelektronica. Dit was mogelijk met MEMS-technologie. Deze sensoren zijn op dezelfde manier verpakt als andere IC's. Versnellingsmeters en gyroscopen vullen elkaar aan, dus ze worden meestal samen gebruikt. Een versnellingsmeter meet de lineaire versnelling of richtingsbeweging van een object, terwijl de gyroscoopsensor de hoeksnelheid of kanteling of laterale oriëntatie van het object meet. Gyroscoopsensoren voor meerdere assen zijn ook beschikbaar.

Wat is een gyroscoopsensor?

Gyroscoopsensor is een apparaat dat de oriëntatie en hoeksnelheid van een object kan meten en handhaven. Deze zijn geavanceerder dan versnellingsmeters. Deze kunnen de kanteling en laterale oriëntatie van het object meten, terwijl de versnellingsmeter alleen de lineaire beweging kan meten.

Gyroscoopsensoren worden ook wel hoekfrequentiesensor of hoeksnelheidssensoren genoemd. Deze sensoren worden geïnstalleerd in toepassingen waar de oriëntatie van het object moeilijk waarneembaar is voor mensen.

Gemeten in graden per seconde, hoeksnelheid is de verandering in de rotatiehoek van het object per tijdseenheid.

Werkprincipe gyroscoopsensor

Naast het meten van de hoeksnelheid, kunnen gyroscoopsensoren ook de beweging van het object meten. Voor robuustere en nauwkeurigere bewegingsdetectie worden in consumentenelektronica gyroscoopsensoren gecombineerd met versnellingsmetersensoren.

Afhankelijk van de richting zijn er drie soorten hoeksnelheidsmetingen. Yaw- de horizontale rotatie op een plat oppervlak wanneer het object van bovenaf wordt gezien, Pitch- Verticale rotatie zoals het object van voren gezien, Roll- de horizontale rotatie wanneer het object van voren wordt gezien.

Het concept van Coriolis-kracht wordt gebruikt in gyroscoopsensoren. In deze sensor om de hoeksnelheid te meten, wordt de rotatiesnelheid van de sensor omgezet in een elektrisch signaal. Het werkingsprincipe van de gyroscoopsensor kan worden begrepen door de werking van de vibratiegyroscoopsensor te observeren.

Deze sensor bestaat uit een inwendig vibrerend element dat is opgebouwd uit kristalmateriaal in de vorm van een dubbele – T-structuur. Deze structuur bestaat uit een stationair deel in het midden met 'Sensing Arm' eraan bevestigd en 'Drive Arm' aan beide zijden.

Deze dubbele T-structuur is symmetrisch. Wanneer een wisselend elektrisch trillingsveld wordt aangelegd op de aandrijfarmen, worden continue laterale trillingen geproduceerd. Omdat aandrijfarmen symmetrisch zijn, beweegt de ene arm naar links, de andere naar rechts, waardoor de lekkende trillingen worden geëlimineerd. Hierdoor blijft het stationaire deel in het midden en blijft de detectiearm statisch.

Als de externe rotatiekracht op de sensor wordt uitgeoefend, worden er verticale trillingen veroorzaakt op de aandrijfarmen. Dit leidt tot de trilling van de aandrijfarmen in opwaartse en neerwaartse richting waardoor een rotatiekracht op het stationaire deel in het midden inwerkt.

Rotatie van het stationaire deel leidt tot verticale trillingen in de detectiearmen. Deze trillingen die in de detectiearm worden veroorzaakt, worden gemeten als een verandering in elektrische lading. Deze wijziging wordt gebruikt om de externe rotatiekracht te meten die op de sensor wordt uitgeoefend als hoekrotatie.

Typen

Met de technologische vooruitgang worden er zeer nauwkeurige, betrouwbare en miniatuurapparaten gemaakt. Nauwkeurigere metingen van oriëntatie en beweging in een 3D-ruimte werden mogelijk met de integratie van de gyroscoopsensor. Gyroscopen zijn ook verkrijgbaar in verschillende maten met verschillende prestaties.

Op basis van hun afmetingen worden gyroscoopsensoren onderverdeeld in klein en groot formaat. Van groot tot klein kan de hiërarchie van gyroscoopsensoren worden weergegeven als ringlasergyroscoop, glasvezelgyroscoop, vloeistofgyroscoop en vibratiegyroscoop.

Klein en gebruiksvriendelijker zijn Trillingsgyroscoop is het populairst. De nauwkeurigheid van de vibratiegyroscoop hangt af van het materiaal van het stationaire element dat in de sensor wordt gebruikt en structurele verschillen. Fabrikanten gebruiken dus verschillende materialen en structuren om de nauwkeurigheid van de vibratiegyroscoop te vergroten.

Soorten vibratiegyroscopen

Voor piëzo-elektrische transducers worden materialen zoals kristal en keramiek gebruikt voor het stationaire deel van de sensor. Hier worden voor kristalmateriaal structuren zoals dubbele T-structuur, Stemvork en H-vormige stemvork gebruikt. Bij gebruik van keramisch materiaal wordt gekozen voor een prismatische of zuilvormige structuur.

Kenmerken van de vibratiegyroscoopsensor omvatten schaalfactor, temperatuur-frequentiecoëfficiënt, compact formaat, schokbestendigheid, stabiliteit en geluidskarakteristieken.

Gyroscoopsensor in mobiel

Om een ​​goede gebruikerservaring te vergemakkelijken, zijn smartphones tegenwoordig ingebed met verschillende soorten sensoren. Deze sensoren bieden ook telefooninformatie over de omgeving en helpen ook bij het verlengen van de levensduur van de batterij.

Steve Jobs was de eerste die gyroscooptechnologie gebruikte in consumentenelektronica. Apple iPhone was de eerste smartphone met gyroscoopsensortechnologie. Met behulp van de gyroscoop in de smartphone kunnen we beweging en gebaren detecteren met onze telefoons. Smartphones hebben meestal een elektronische versie van de vibratiegyroscoopsensor.

Gyroscoopsensor mobiele app

Gyroscoopsensor-app helpt bij het detecteren van de kanteling en oriëntatie van de mobiele telefoon. De app Gyroscoopsensor is handig voor oude smartphones die geen gyroscoopsensor hebben.

Een app zoals GyroEmu en Xposed-module maakt gebruik van de accelerometer en magnetometer die op de telefoon aanwezig zijn om een ​​gyroscoopsensor te simuleren. Gyroscoopsensor wordt meestal gebruikt op de smartphone voor het spelen van geavanceerde AR-games.

Toepassingen

Gyroscoopsensoren worden gebruikt voor veelzijdige toepassingen. Ringlasergyro's worden gebruikt in shuttles van vliegtuigen en bronnen, terwijl glasvezelgyro's worden gebruikt in raceauto's en motorboten.

Trillingsgyroscoopsensoren worden gebruikt in autonavigatiesystemen, elektronische stabiliteitscontrolesystemen van voertuigen, bewegingsdetectie voor mobiele games, detectie van cameratrillingen in digitale camera's, radiografisch bestuurbare helikopters , Robotsystemen, enz...

De belangrijkste functies van de gyroscoopsensor voor alle toepassingen zijn detectie van hoeksnelheid, hoekdetectie en controlemechanismen. Beeldvervaging in camera's kan worden gecompenseerd door gebruik te maken van een op gyroscoopsensor gebaseerd optisch beeldstabilisatiesysteem.

Door hun gedrag en kenmerken te begrijpen, ontwerpen ontwikkelaars veel efficiënte en goedkope producten, zoals op gebaren gebaseerde besturing van de draadloze muis, directionele besturing van rolstoel, een systeem om bedien externe apparaten met gebarencommando's, enz...

Er worden veel nieuwe toepassingen gemaakt die de manier veranderen waarop we onze gebaren kunnen gebruiken als commando's om apparaten te bedienen. Enkele van de gyroscoopsensoren die op de markt verkrijgbaar zijn, zijn MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Welke mobiele app. heb je de gyroscoopsensor op je mobiele telefoon gesimuleerd?