Funktionsweise von Gyroskopsensoren und ihre Anwendungen

Mikroelektromechanische Systeme , im Volksmund als MEMS bekannt, ist die Technologie sehr kleiner elektromechanischer und mechanischer Geräte. Der Fortschritt in der MEMS-Technologie hat uns geholfen, vielseitige Produkte zu entwickeln. Viele der mechanischen Geräte wie Beschleunigungsmesser, Gyroskop usw. können jetzt mit Unterhaltungselektronik verwendet werden. Dies war mit der MEMS-Technologie möglich. Diese Sensoren sind ähnlich wie andere ICs verpackt. Beschleunigungsmesser und Gyroskope ergänzen sich gegenseitig, so dass sie normalerweise zusammen verwendet werden. Ein Beschleunigungsmesser misst die lineare Beschleunigung oder Richtungsbewegung eines Objekts, während ein Gyroskopsensor die Winkelgeschwindigkeit oder Neigung oder seitliche Ausrichtung des Objekts misst. Gyroskopsensoren für mehrere Achsen sind ebenfalls erhältlich.

Was ist ein Gyroskopsensor?

Gyroskopsensor ist ein Gerät, das die Ausrichtung und Winkelgeschwindigkeit eines Objekts messen und beibehalten kann. Diese sind fortschrittlicher als Beschleunigungsmesser. Diese können die Neigung und seitliche Ausrichtung des Objekts messen, während Beschleunigungsmesser nur die lineare Bewegung messen können.

Gyroskopsensoren werden auch als Winkelratensensor oder Winkelgeschwindigkeitssensoren bezeichnet. Diese Sensoren werden in Anwendungen installiert, bei denen die Orientierung des Objekts für den Menschen schwer zu erkennen ist.

Gemessen in Grad pro Sekunde ist die Winkelgeschwindigkeit die Änderung des Drehwinkels des Objekts pro Zeiteinheit.

Arbeitsprinzip des Gyroskopsensors

Neben der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit können Gyroskopsensoren auch die Bewegung des Objekts messen. Für eine robustere und genauere Bewegungserfassung werden in der Unterhaltungselektronik Gyroskopsensoren mit Beschleunigungssensoren kombiniert.

Je nach Richtung gibt es drei Arten von Drehratenmessungen. Gieren- die horizontale Drehung auf einer ebenen Fläche, wenn das Objekt von oben gesehen wird, Pitch- Vertikale Drehung, wenn das Objekt von vorne gesehen wird, Roll- die horizontale Drehung, wenn das Objekt von vorne gesehen wird.

Das Konzept der Corioliskraft wird in Gyroskopsensoren verwendet. Bei diesem Sensor zur Messung der Drehgeschwindigkeit wird die Drehgeschwindigkeit des Sensors in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Funktionsprinzip des Gyroskopsensors kann durch Beobachten der Funktionsweise des Vibrationsgyroskopsensors verstanden werden.

Dieser Sensor besteht aus einem internen Schwingelement aus Kristallmaterial in Form einer Doppel-T-Struktur. Diese Struktur besteht aus einem stationären Teil in der Mitte mit daran befestigtem „Sensorarm“ und einem „Antriebsarm“ auf beiden Seiten.

Diese Doppel-T-Struktur ist symmetrisch. Wenn an die Antriebsarme ein elektrisches Wechselfeld mit Schwingungen angelegt wird, werden kontinuierliche seitliche Schwingungen erzeugt. Da die Antriebsarme symmetrisch sind, bewegt sich ein Arm nach links, der andere bewegt sich nach rechts und hebt so die undichten Vibrationen auf. Dadurch bleibt der stationäre Teil in der Mitte und der Tastarm bleibt statisch.

Wenn die externe Drehkraft auf den Sensor ausgeübt wird, werden vertikale Schwingungen an den Antriebsarmen verursacht. Dies führt zu Schwingungen der Antriebsarme in Aufwärts- und Abwärtsrichtung, wodurch eine Drehkraft auf den stationären Teil in der Mitte wirkt.

Die Drehung des stationären Teils führt zu vertikalen Schwingungen in den Tastarmen. Diese im Tastarm verursachten Schwingungen werden als elektrische Ladungsänderung gemessen. Diese Änderung wird verwendet, um die auf den Sensor ausgeübte externe Drehkraft als Winkeldrehung zu messen.

Typen

Mit dem Fortschritt der Technologie werden hochpräzise, ​​zuverlässige und Miniaturgeräte hergestellt. Genauere Messungen von Orientierung und Bewegung im 3D-Raum wurden durch die Integration des Gyroskop-Sensors möglich. Gyroskope sind auch in verschiedenen Größen mit unterschiedlichen Leistungen erhältlich.

Gyroskopsensoren werden aufgrund ihrer Größe in kleine und große Größen unterteilt. Von groß bis klein kann die Hierarchie der Gyroskopsensoren als Ringlasergyroskop, faseroptisches Gyroskop, Fluidgyroskop und Vibrationsgyroskop aufgeführt werden.

Das kleine und benutzerfreundliche Vibrationsgyroskop ist am beliebtesten. Die Genauigkeit des Vibrationsgyroskops hängt von dem im Sensor verwendeten Material des stationären Elements und strukturellen Unterschieden ab. Daher verwenden Hersteller unterschiedliche Materialien und Strukturen, um die Genauigkeit des Vibrationsgyroskops zu erhöhen.

Typen von Vibrationsgyroskopen

Bei piezoelektrischen Wandlern werden Materialien wie Kristall und Keramik für den stationären Teil des Sensors verwendet. Hier werden für Kristallmaterial Strukturen wie Doppel-T-Struktur, Stimmgabel und H-förmige Stimmgabel verwendet. Wenn Keramik verwendet wird, wird eine prismatische oder säulenförmige Struktur gewählt.

Zu den Eigenschaften des Vibrationsgyroskop-Sensors gehören Skalierungsfaktor, Temperatur-Frequenz-Koeffizient, kompakte Größe, Stoßfestigkeit, Stabilität und Rauscheigenschaften.

Gyroskopsensor in Mobilgeräten

Um eine gute Benutzererfahrung zu ermöglichen, sind heutzutage Smartphones mit verschiedenen Arten von Sensoren ausgestattet. Diese Sensoren liefern auch Telefoninformationen über die Umgebung und tragen auch zu einer längeren Akkulaufzeit bei.

Steve Jobs war der erste, der die Gyroskop-Technologie in der Unterhaltungselektronik einsetzte. Apple iPhone war das erste Smartphone mit Gyroskop-Sensortechnologie. Mit Hilfe des Gyroskops im Smartphone können wir mit unseren Telefonen Bewegungen und Gesten erkennen. Smartphones verfügen normalerweise über eine elektronische Version des Vibrationsgyroskop-Sensors.

Gyroskopsensor Mobile App

Gyroscope Sensor App hilft, die Neigung und Ausrichtung des Mobiltelefons zu erkennen. Die Gyroskopsensor-App ist nützlich für alte Smartphones, die keinen Gyroskopsensor haben.

Eine App wie GyroEmu ein Xposed-Modul verwendet Beschleunigungsmesser und Magnetometer, die auf dem Telefon vorhanden sind, um einen Gyroskopsensor zu simulieren. Der Gyroskopsensor wird hauptsächlich auf dem Smartphone zum Spielen von High-Tech-AR-Spielen verwendet.

Bewerbungen

Gyroskopsensoren werden vielseitig eingesetzt. Ringlaser-Gyros werden in Flugzeugen und Source-Shuttles verwendet, während faseroptische Gyros in Rennwagen und Motorbooten verwendet werden.

Vibrationsgyroskopsensoren werden in Autonavigationssystemen, elektronischen Stabilitätskontrollsystemen von Fahrzeugen, Bewegungssensoren für Handyspiele, Kamerawackelerkennungssystemen in Digitalkameras, funkgesteuerten Hubschraubern verwendet , Robotersysteme usw…

Die Hauptfunktionen des Gyroskopsensors für alle Anwendungen sind Winkelgeschwindigkeitserfassung, Winkelerfassung und Kontrollmechanismen. Bildunschärfen in Kameras können mit einem auf dem Gyroskopsensor basierenden optischen Bildstabilisierungssystem kompensiert werden.

Durch das Verständnis ihres Verhaltens und ihrer Eigenschaften entwickeln Entwickler viele effiziente und kostengünstige Produkte wie die gestenbasierte Steuerung der drahtlosen Maus, die Richtungssteuerung des Rollstuhls, ein System zur externe Geräte mit Gestenbefehlen usw. steuern…

Es werden viele neue Anwendungen erstellt, die die Art und Weise verändern, wie wir unsere Gesten als Befehle zur Steuerung von Geräten verwenden können. Einige der auf dem Markt erhältlichen Gyroskopsensoren sind MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Welche mobile App. Haben Sie den Gyroskopsensor auf Ihrem Mobiltelefon simuliert?