Mikroelektromehanski sistemi, znani tudi pod imenom MEMS, so tehnologija zelo majhnih elektromehanskih in mehanskih naprav. Napredek v tehnologiji MEMS nam je pomagal razviti vsestranske izdelke. Številne mehanske naprave, kot so Merilec pospeška , Žiroskop itd ... se zdaj lahko uporablja s potrošniško elektroniko. To je bilo mogoče s tehnologijo MEMS. Ti senzorji so pakirani podobno kot drugi IC. Merilniki pospeška in žiroskopi se med seboj dopolnjujejo, zato jih običajno uporabljamo skupaj. Merilec pospeška meri linearni pospešek ali smerno gibanje predmeta, senzor žiroskopa pa meri kotno hitrost ali nagib ali bočno usmeritev predmeta. Na voljo so tudi senzorji žiroskopa za več osi.
Kaj je senzor za žiroskop?
Žiroskopski senzor je naprava, ki lahko meri in ohranja usmerjenost in kotna hitrost predmeta. Ti so naprednejši od merilnikov pospeška. Ti lahko merijo nagib in bočno usmeritev predmeta, merilnik pospeška pa lahko meri le linearno gibanje.
Žiroskopski senzorji se imenujejo tudi senzorji kotne hitrosti ali kotni senzorji hitrosti. Ti senzorji so nameščeni v aplikacijah, kjer človek težko zazna orientacijo predmeta.
Kotna hitrost, merjena v stopinjah na sekundo, je sprememba kota vrtenja predmeta na časovno enoto.
Senzor za žiroskop
Načelo delovanja senzorja žiroskopa
Poleg zaznavanja kotne hitrosti lahko giroskopski senzorji merijo tudi gibanje predmeta. Za bolj zanesljivo in natančno zaznavanje gibanja so v potrošniški elektroniki senzorji žiroskopa kombinirani s senzorji pospeška.
Glede na smer obstajajo tri vrste meritev kotne hitrosti. Yaw - vodoravno vrtenje na ravni površini, ko se objekt vidi od zgoraj, Pitch - navpično vrtenje, kot je videti od spredaj, Roll - vodoravno vrtenje, če se vidi od spredaj
Koncept Coriolisove sile se uporablja v giroskopskih senzorjih. V tem senzorju za merjenje kotne hitrosti se hitrost vrtenja senzorja pretvori v električni signal. Načelo delovanja senzorja žiroskopa lahko razumemo, če opazujemo delovanje senzorja vibracijskega žiroskopa.
Ta senzor je sestavljen iz notranjega vibrirajočega elementa, sestavljenega iz kristalnega materiala v obliki dvojne T-strukture. Ta konstrukcija obsega mirujoči del v sredini, na katerem je pritrjena ‘Sensing Arm’ in na obeh straneh ‘Drive Arm’.
Ta dvojna T-struktura je simetrična. Ko na pogonske roke deluje izmenično vibracijsko električno polje, nastajajo neprekinjene stranske vibracije. Ker so pogonske roke simetrične, se ena roka premakne v levo, druga pa v desno, s čimer se izničijo puščajoče vibracije. Tako mirujoči del ostane v sredini, zaznavna roka pa ostane statična.
Ko na senzor deluje zunanja rotacijska sila, na pogonskih krakih nastanejo vertikalne vibracije. To vodi do vibracij pogonskih ročic v smeri navzgor in navzdol, zaradi česar na mirujoči del v sredini deluje rotacijska sila.
Vrtenje mirujočega dela vodi do navpičnih tresljajev zaznavnih ročic. Te vibracije, ki nastanejo v roki zaznavanja, se merijo kot sprememba električnega naboja. Ta sprememba se uporablja za merjenje zunanje rotacijske sile, ki deluje na senzor kot kotna rotacija.
Vrste
Z napredkom tehnologije se proizvajajo zelo natančne, zanesljive in miniaturne naprave. Natančnejše meritve orientacije in gibanja v 3D prostoru so postale možne z integracijo senzorja žiroskopa. Na voljo so tudi žiroskopi različnih velikosti z različnimi zmogljivostmi.
Glede na velikost so senzorji žiroskopa razdeljeni na majhne in velike. Hierarhijo giroskopskih senzorjev lahko naštejemo od velikih do majhnih kot obročni laserski žiroskop, optični optični žiroskop, fluidni žiroskop in vibracijski žiroskop.
Ker je majhen in enostavnejši za uporabo vibracijski žiroskop, je najbolj priljubljen. Natančnost vibracijskega žiroskopa je odvisna od materiala mirujočega elementa, uporabljenega v senzorju, in strukturnih razlik. Torej proizvajalci uporabljajo različne materiale in strukture za povečanje natančnosti vibracijskega žiroskopa.
Vrste vibracijskih žiroskopov
Za Piezoelektrični pretvorniki , za stacionarni del senzorja se uporabljajo materiali, kot so kristal in keramika. Tu se uporabljajo strukture kristalnih materialov, kot so dvojna T-struktura, uglasilne vilice in uglasitvene vilice v obliki črke H. Kadar se uporablja keramični material, se izbere prizmatična ali stolpasta struktura.
Značilnosti senzorja za vibracijski žiroskop vključujejo faktor merila, temperaturno-frekvenčni koeficient, kompaktne velikosti, odpornost proti udarcem, stabilnost in značilnosti hrupa.
Senzor za žiroskop v mobilni napravi
Da bi danes olajšali dobro uporabniško izkušnjo, so pametni telefoni vgrajeni z različnimi vrstami senzorjev. Ti senzorji zagotavljajo tudi telefonske informacije o okolici in pomagajo pri podaljšani življenjski dobi baterije.
Steve Jobs je prvi uporabil žiroskopsko tehnologijo v potrošniški elektroniki. Apple iPhone je bil prvi pametni telefon s tehnologijo senzorja žiroskopa. S pomočjo žiroskopa v pametnem telefonu lahko s svojimi telefoni zaznamo gibanje in kretnje. Pametni telefoni imajo običajno elektronsko različico senzorja za vibracijski žiroskop.
Mobilna aplikacija za senzor žiroskopa
Aplikacija Gyroscope Sensor pomaga zaznati nagib in usmerjenost mobilnega telefona. Aplikacija Gyroscope Sensor je uporabna za stare pametne telefone, ki nimajo senzorja žiroskopa.
Aplikacija, kot je modul GyroEmu an Xposed, uporablja merilnik pospeška in magnetometer, ki sta prisotna na telefonu, za simulacijo senzorja žiroskopa. Giroskopski senzor se večinoma uporablja na pametnem telefonu za igranje visokotehnoloških iger AR.
Aplikacije
Žiroskopski senzorji se uporabljajo za vsestransko uporabo. Obročni laserski žiroskopi se uporabljajo v letalih za letala in Source, medtem ko se optični žiroskopi uporabljajo v dirkalnih avtomobilih in motornih čolnih.
Senzorji za vibracijski giroskop se uporabljajo v avtomobilskih navigacijskih sistemih, elektronskih sistemih za nadzor stabilnosti vozil, zaznavanju gibanja za mobilne igre, sistemih za zaznavanje tresenja kamer v digitalnih fotoaparatih, radijsko vodenih helikopterjih, robotskih sistemih itd.
Glavne funkcije senzorja žiroskopa za vse aplikacije so zaznavanje kotne hitrosti, zaznavanje kota in nadzorni mehanizmi. Zameglitev slike v fotoaparatih je mogoče nadomestiti z uporabo optičnega sistema za stabilizacijo slike, ki temelji na senzorju žiroskopa.
Z razumevanjem njihovega vedenja in značilnosti razvijalci oblikujejo številne učinkovite in poceni izdelke, kot so krmiljenje brezžične miške, usmerjeno na invalidski voziček, sistem za nadzor zunanjih naprav z ukazi za geste itd.
Ustvarjajo se številne nove aplikacije, ki spreminjajo način, kako lahko svoje kretnje uporabljamo kot ukaze za nadzor naprav. Nekateri giroskopski senzorji, ki so na voljo na trgu, so MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Katero mobilno aplikacijo. ste včasih na svojem mobilnem telefonu simulirali senzor žiroskopa?
