Mikroelektromehaanilised süsteemid, tuntud kui MEMS, on väga väikeste elektromehaaniliste ja mehaaniliste seadmete tehnoloogia. MEMS-tehnoloogia areng on aidanud meil välja töötada mitmekülgseid tooteid. Paljud mehaanilised seadmed nagu Kiirendusmõõtur , Güroskoopi jne ... saab nüüd kasutada koos olmeelektroonikaga. See oli võimalik MEMS-tehnoloogiaga. Need andurid on pakitud sarnaselt teiste IC-dega. Kiirendusmõõturid ja güroskoobid teevad üksteisele komplimente, nii et neid kasutatakse tavaliselt koos. Kiirendusmõõtur mõõdab objekti lineaarset kiirendust või suuna liikumist, güroskoobi andur aga objekti nurkkiirust või kallutust või külgsuunatust. Saadaval on ka mitmeteljelised güroskoobi andurid.
Mis on güroskoobi andur?
Güroskoobi andur on seade, mis võimaldab mõõta ja säilitada orientatsiooni ja nurkkiirus objekti kohta. Need on kiirendusmõõturitest arenenumad. Nendega saab mõõta objekti kallet ja külgsuunda, kiirendusmõõtur aga ainult lineaarset liikumist.
Güroskoobi andureid nimetatakse ka nurkkiiruse anduriteks või nurkkiiruse anduriteks. Need andurid on paigaldatud rakendustesse, kus objekti orientatsiooni on inimestel raske tajuda.
Mõõduna kraadides sekundis on nurkkiirus objekti pöördenurga muutus ajaühikus.
Güroskoobi andur
Güroskoobi anduri tööpõhimõte
Lisaks nurkkiiruse tajumisele saavad güroskoobi andurid mõõta ka objekti liikumist. Tugevama ja täpsema liikumisanduri saamiseks on tarbeelektroonikas kombineeritud güroskoobi andurid kiirendusmõõturi anduritega.
Sõltuvalt suunast on nurkkiiruse mõõtmiseks kolme tüüpi. Kallutamine - horisontaalne pöörlemine tasasel pinnal, kui objekti vaadata ülalt, Pitch - vertikaalne pööramine objekti eest vaadatuna, Roll - horisontaalne pöörlemine, kui objekti vaadata eest.
Coriolise jõu mõistet kasutatakse güroskoobi andurites. Selles anduris nurksageduse mõõtmiseks muudetakse anduri pöörlemiskiirus elektriliseks signaaliks. Güroskoobi anduri tööpõhimõtet saab mõista, jälgides vibratsioonigüroskoobi anduri tööd.
See andur koosneb sisemisest vibreerivast elemendist, mis koosneb kahekordse T-struktuuriga kristallmaterjalist. See struktuur koosneb statsionaarsest osast keskel, millele on kinnitatud ‘Sensing Arm’ ja mõlemal küljel ‘Drive Arm’.
See topelt-T-struktuur on sümmeetriline. Kui ajamivarrastele rakendatakse vahelduvat vibratsiooni elektrivälja, tekivad pidevad külgmised vibratsioonid. Kuna ajamivarred on sümmeetrilised, siis kui üks käsi liigub vasakule, liigub teine paremale, kustutades lekkivad vibratsioonid. See hoiab statsionaarset osa keskel ja tajuv käsi jääb staatiliseks.
Kui andurile rakendatakse välist pöörlemisjõudu, tekivad ajamiharjadele vertikaalsed vibratsioonid. See viib ajamihoovade vibratsiooni üles- ja allapoole, mille tõttu pöörlemisjõud mõjub statsionaarsele osale keskel.
Statsionaarse osa pöörlemine viib tundlike õlgade vertikaalsete vibratsioonideni. Neid vibreid, mis tekitavad andurivarre, mõõdetakse elektrilaengu muutusena. Seda muudatust kasutatakse andurile nurkpöördena rakendatava välise pöörlemisjõu mõõtmiseks.
Tüübid
Tehnoloogia edenedes valmistatakse ülitäpseid, usaldusväärseid ja miniatuurseadmeid. Orientatsiooni ja liikumise täpsem mõõtmine 3D-ruumis sai võimalikuks tänu güroskoobi anduri integreerimisele. Güroskoope on saadaval ka erineva suurusega, erineva jõudlusega.
Güroskoobi andurid jagunevad nende suuruse põhjal väikesteks ja suurteks. Güroskoobi andurite hierarhia võib suurest väikeseni loetleda Ring-laser-güroskoobi, kiudoptilise güroskoobi, vedeliku-güroskoobi ja vibratsioon-güroskoobi all.
Väikseim ja hõlpsamini kasutatav vibratsioonigüroskoop on kõige populaarsem. Vibratsioonigüroskoobi täpsus sõltub anduris kasutatavast statsionaarsest elemendimaterjalist ja struktuurilistest erinevustest. Niisiis kasutavad tootjad vibratsioonigüroskoobi täpsuse suurendamiseks erinevaid materjale ja struktuure.
Vibratsioonigüroskoobi tüübid
Sest Piesoelektrilised muundurid , anduri statsionaarse osa jaoks kasutatakse selliseid materjale nagu kristall ja keraamika. Siin kasutatakse selliste kristallimaterjalide jaoks nagu topelt-T-struktuur, häälestusharki ja H-kujulist häälestusharki. Keraamilise materjali kasutamisel valitakse prismaatiline või sammaskonstruktsioon.
Vibratsioonigüroskoobi anduri omadused hõlmavad skaalafaktorit, temperatuuri-sageduskoefitsienti, kompaktset suurust, löögikindlust, stabiilsust ja müra.
Güroskoobi andur mobiilseadmes
Hea kasutuskogemuse hõlbustamiseks on nutitelefonid tänapäeval integreeritud erinevat tüüpi anduritega. Need andurid pakuvad telefoniteavet ka selle ümbruse kohta ja aitavad pikendada aku kasutusaega.
Steve Jobs kasutas esimesena güroskoobi tehnoloogiat olmeelektroonikas. Apple iPhone oli esimene nutitelefon, millel on güroskoobi andurite tehnoloogia. Nutitelefoni güroskoobi abil saame oma telefoniga liikumise ja žeste tuvastada. Nutitelefonidel on tavaliselt vibratsioonigüroskoobi anduri elektrooniline versioon.
Güroskoobi anduri mobiilirakendus
Rakendus Gyroscope Sensor aitab tuvastada mobiiltelefoni kallet ja suunda. Güroskoobi anduri rakendus on kasulik vanadele nutitelefonidele, millel pole güroskoobi andurit.
Rakendus, nagu moodul GyroEmu Xposed, kasutab telefonis olevat kiirendusmõõturit ja magnetomeetrit, et simuleerida güroskoobi andurit. Güroskoobi andurit kasutatakse nutitelefonis enamasti kõrgtehnoloogiliste AR-mängude mängimiseks.
Rakendused
Güroskoobi andureid kasutatakse mitmekülgseks kasutamiseks. Ringlaser-güroskoope kasutatakse lennukite ja allikate süstikutes, kiudoptilisi güroskoope aga võidusõiduautodes ja mootorpaatides.
Vibratsioonigüroskoobi andureid kasutatakse autonavigatsioonisüsteemides, sõidukite elektroonilistes stabiilsuskontrollisüsteemides, liikuvate mängude liikumisandurites, digikaamerate kaamera värina tuvastamise süsteemides, raadio teel juhitavates helikopterites, robotisüsteemides jne.
Güroskoobi anduri peamised funktsioonid kõigi rakenduste jaoks on nurkkiiruse tajumine, nurga tajumine ja juhtimismehhanismid. Kaamerate pildi hägustumist saab kompenseerida, kasutades güroskoobi anduri optilist pildistabilisaatorit.
Oma käitumisest ja omadustest aru saades kujundavad arendajad palju tõhusaid ja odavaid tooteid, näiteks juhtmevaba hiire juhtimispõhine juhtimine, ratastooli suunav juhtimine, süsteem väliste seadmete juhtimiseks žestikäskude abil jne.
Luuakse palju uusi rakendusi, mis muudavad viisi, kuidas saame oma žeste seadmete juhtimiseks käskudena kasutada. Mõned turul saadaval olevad güroskoobi andurid on MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Milline mobiilirakendus. kas olete varem oma mobiiltelefonis güroskoobi andurit simuleerinud?
