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, etc… kan 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 worden ze 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 kan meten en behouden hoeksnelheid van een object. 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 Angular Rate Sensor of Angular Velocity Sensors genoemd. Deze sensoren worden geïnstalleerd in de toepassingen waar de oriëntatie van het object moeilijk te detecteren is door mensen.
Gemeten in graden per seconde, is de hoeksnelheid de verandering in de draaihoek van het object per tijdseenheid.
Gyroscoop Sensor
Werkingsprincipe van de gyroscoopsensor
Naast het detecteren van de hoeksnelheid, kunnen gyroscoopsensoren ook de beweging van het object meten. Voor meer robuuste en nauwkeurige bewegingsdetectie worden in de consumentenelektronica gyroscoopsensoren gecombineerd met sensoren van versnellingsmeters.
Afhankelijk van de richting zijn er drie soorten hoeksnelheidsmetingen. Gier - de horizontale rotatie op een plat oppervlak als je het object van bovenaf bekijkt, Pitch - Verticale rotatie gezien het object van voren, Rol - de horizontale rotatie als je het object van voren bekijkt.
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 intern trilelement van kristalmateriaal in de vorm van een dubbele T-structuur. Deze structuur omvat een stationair deel in het midden met ‘Sensing Arm’ eraan vastgemaakt en ‘Drive Arm’ aan beide zijden.
Deze dubbele T-structuur is symmetrisch. Wanneer een elektrisch veld met wisselende trillingen wordt aangelegd op de aandrijfarmen, worden continue zijdelingse trillingen geproduceerd. Omdat de aandrijfarmen symmetrisch zijn, beweegt de ene arm naar links, de andere naar rechts, waardoor de lekkende trillingen worden opgeheven. Hierdoor blijft het stationaire deel in het midden en blijft de sensorarm statisch.
Wanneer de externe rotatiekracht op de sensor wordt uitgeoefend, worden verticale trillingen veroorzaakt op de aandrijfarmen. Dit leidt tot het trillen van de aandrijfarmen in opwaartse en neerwaartse richting waardoor een rotatiekracht op het stationaire deel in het midden werkt.
Rotatie van het stationaire deel leidt tot de verticale trillingen in sensorarmen. Deze trillingen die in de sensorarm 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.
Soorten
Met de vooruitgang in de technologie worden zeer nauwkeurige, betrouwbare en miniatuurapparaten vervaardigd. 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 zijn gyroscoopsensoren onderverdeeld in klein en groot formaat. Van groot tot klein kan de hiërarchie van gyroscoopsensoren worden vermeld als ringlasergyroscoop, glasvezelgyroscoop, vloeistofgyroscoop en vibratiegyroscoop.
Omdat hij klein en gebruiksvriendelijker is, is de vibratiegyroscoop het populairst. De nauwkeurigheid van de vibratiegyroscoop hangt af van het stationaire elementmateriaal dat in de sensor wordt gebruikt en van structurele verschillen. Fabrikanten gebruiken dus verschillende materialen en constructies om de nauwkeurigheid van de vibratiegyroscoop te vergroten.
Typen vibratiegyroscoop
Voor Piëzo-elektrische transducers worden materialen zoals kristal en keramiek gebruikt voor het stationaire deel van de sensor. Hier voor kristal worden materiaalstructuren 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 mogelijk te maken, zijn smartphones tegenwoordig ingebed met verschillende soorten sensoren. Deze sensoren geven ook telefooninformatie over de omgeving en helpen ook bij een langere 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 om de kanteling en oriëntatie van de mobiele telefoon te detecteren. Gyroscoopsensor-app is handig voor oude smartphones die geen gyroscoopsensor hebben.
Een app zoals GyroEmu een Xposed-module maakt gebruik van de versnellingsmeter en magnetometer die op de telefoon aanwezig zijn om een gyroscoopsensor te simuleren. Gyroscoopsensor wordt meestal op de smartphone gebruikt voor het spelen van geavanceerde AR-games.
Toepassingen
Gyroscoopsensoren worden gebruikt voor veelzijdige toepassingen. Ringlasergyros worden gebruikt in vliegtuigen en bronshuttles, terwijl glasvezel-gyros worden gebruikt in raceauto's en motorboten.
Trillingsgyroscoopsensoren worden gebruikt in autonavigatiesystemen, elektronische stabiliteitscontrolesystemen van voertuigen, bewegingsdetectie voor mobiele games, detectiesystemen voor cameratrillingen in digitale camera's, radiogestuurde helikopters, robotsystemen, enz ...
De belangrijkste functies van de gyroscoopsensor voor alle toepassingen zijn hoeksnelheidsdetectie, hoekdetectie en regelmechanismen. Beeldvervaging in camera's kan worden gecompenseerd door gebruik te maken van een op een gyroscoop gebaseerd optisch beeldstabilisatiesysteem.
Door hun gedrag en kenmerken te begrijpen, ontwerpen ontwikkelaars veel efficiënte en goedkope producten zoals op gebaren gebaseerde bediening van de draadloze muis, directionele bediening van rolstoelen, een systeem om externe apparaten te bedienen met gebarencommando's, enz.
Er worden veel nieuwe toepassingen gemaakt die de manier veranderen waarop we onze gebaren kunnen gebruiken als opdrachten 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?
