Τα μικροηλεκτρομηχανικά συστήματα, γνωστά ως MEMS, είναι η τεχνολογία πολύ μικρών ηλεκτρομηχανικών και μηχανικών συσκευών. Η πρόοδος στην τεχνολογία MEMS μας βοήθησε να αναπτύξουμε ευέλικτα προϊόντα. Πολλές από τις μηχανικές συσκευές όπως Επιταχυνσιόμετρο , Γυροσκόπιο, κλπ… μπορούν πλέον να χρησιμοποιηθούν με ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Αυτό ήταν δυνατό με την τεχνολογία MEMS. Αυτοί οι αισθητήρες συσκευάζονται παρόμοια με άλλους IC. Τα επιταχυνσιόμετρα και τα γυροσκόπια αλληλοσυμπληρώνονται, συνήθως χρησιμοποιούνται μαζί. Ένα επιταχυνσιόμετρο μετρά τη γραμμική επιτάχυνση ή την κατευθυντική κίνηση ενός αντικειμένου, ενώ ο αισθητήρας γυροσκοπίου μετρά τη γωνιακή ταχύτητα ή την κλίση ή τον πλευρικό προσανατολισμό του αντικειμένου. Διατίθενται επίσης αισθητήρες γυροσκοπίου για πολλαπλούς άξονες.
Τι είναι ένας αισθητήρας γυροσκοπίου;
Ο αισθητήρας γυροσκοπίου είναι μια συσκευή που μπορεί να μετρήσει και να διατηρήσει τον προσανατολισμό και γωνιακή ταχύτητα ενός αντικειμένου. Αυτά είναι πιο προηγμένα από τα επιταχυνσιόμετρα. Αυτά μπορούν να μετρήσουν την κλίση και τον πλευρικό προσανατολισμό του αντικειμένου, ενώ το επιταχυνσιόμετρο μπορεί να μετρήσει μόνο τη γραμμική κίνηση.
Οι αισθητήρες γυροσκοπίου καλούνται επίσης ως αισθητήρες γωνιακής ταχύτητας ή αισθητήρες γωνιακής ταχύτητας. Αυτοί οι αισθητήρες είναι εγκατεστημένοι στις εφαρμογές όπου ο προσανατολισμός του αντικειμένου είναι δύσκολο να γίνει αισθητός από τους ανθρώπους.
Μετρούμενη σε μοίρες ανά δευτερόλεπτο, η γωνιακή ταχύτητα είναι η αλλαγή στην περιστροφική γωνία του αντικειμένου ανά μονάδα χρόνου.
Αισθητήρας γυροσκοπίου
Αρχή λειτουργίας του αισθητήρα γυροσκοπίου
Εκτός από την ανίχνευση της γωνιακής ταχύτητας, οι αισθητήρες γυροσκοπίου μπορούν επίσης να μετρήσουν την κίνηση του αντικειμένου. Για πιο στιβαρή και ακριβή ανίχνευση κίνησης, στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης οι αισθητήρες γυροσκοπίου συνδυάζονται με αισθητήρες επιταχυνσιόμετρου.
Ανάλογα με την κατεύθυνση υπάρχουν τρεις τύποι μετρήσεων γωνιακού ρυθμού. Yaw - η οριζόντια περιστροφή σε μια επίπεδη επιφάνεια όταν φαίνεται το αντικείμενο από πάνω, Pitch- Κάθετη περιστροφή όπως φαίνεται το αντικείμενο από μπροστά, Roll - η οριζόντια περιστροφή όταν φαίνεται το αντικείμενο από μπροστά.
Η έννοια της δύναμης Coriolis χρησιμοποιείται στους αισθητήρες γυροσκοπίου. Σε αυτόν τον αισθητήρα για τη μέτρηση του γωνιακού ρυθμού, ο ρυθμός περιστροφής του αισθητήρα μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα γυροσκοπίου μπορεί να γίνει κατανοητή παρατηρώντας τη λειτουργία του αισθητήρα γυροσκοπίου δόνησης.
Αυτός ο αισθητήρας αποτελείται από ένα εσωτερικό δονούμενο στοιχείο που αποτελείται από κρυσταλλικό υλικό σε σχήμα διπλής - Τ - δομής. Αυτή η δομή περιλαμβάνει ένα στατικό τμήμα στο κέντρο με το «Sensing Arm» συνδεδεμένο σε αυτό και το «Drive Arm» και στις δύο πλευρές.
Αυτή η δομή διπλού Τ είναι συμμετρική. Όταν εφαρμόζεται εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο κραδασμών στους κινητήριους βραχίονες, παράγονται συνεχείς πλευρικές δονήσεις. Καθώς οι βραχίονες κίνησης είναι συμμετρικοί, όταν ο ένας βραχίονας κινείται προς τα αριστερά ο άλλος κινείται προς τα δεξιά, ακυρώνοντας έτσι τις διαρροές. Αυτό κρατά το στατικό τμήμα στο κέντρο και ο βραχίονας ανίχνευσης παραμένει στατικός.
Όταν η εξωτερική δύναμη περιστροφής ασκείται στον αισθητήρα, οι κάθετες δονήσεις προκαλούνται στους βραχίονες κίνησης. Αυτό οδηγεί στη δόνηση των κινητήριων βραχιόνων προς τα πάνω και προς τα κάτω, λόγω της οποίας μια περιστροφική δύναμη δρα στο σταθερό τμήμα στο κέντρο.
Η περιστροφή του στατικού τμήματος οδηγεί στις κάθετες δονήσεις στην ανίχνευση βραχιόνων. Αυτές οι δονήσεις που προκαλούνται στο βραχίονα ανίχνευσης μετρώνται ως αλλαγή στο ηλεκτρικό φορτίο. Αυτή η αλλαγή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της εξωτερικής περιστροφικής δύναμης που εφαρμόζεται στον αισθητήρα ως γωνιακή περιστροφή.
Τύποι
Με την πρόοδο της τεχνολογίας κατασκευάζονται εξαιρετικά ακριβείς, αξιόπιστες και μικροσκοπικές συσκευές. Πιο ακριβείς μετρήσεις προσανατολισμού και κίνησης σε έναν τρισδιάστατο χώρο έγιναν δυνατές με την ενσωμάτωση του αισθητήρα γυροσκοπίου. Γυροσκόπια διατίθενται επίσης σε διαφορετικά μεγέθη με διαφορετικές παραστάσεις.
Με βάση το μέγεθός τους, οι αισθητήρες γυροσκοπίου χωρίζονται σε μικρό και μεγάλο μέγεθος. Από μεγάλο σε μικρό, η ιεραρχία των γυροσκοπικών αισθητήρων μπορεί να αναφέρεται ως Γυροσκόπιο δακτυλίου λέιζερ, γυροσκόπιο οπτικών ινών, γυροσκόπιο ρευστού και γυροσκόπιο δόνησης.
Το μικρό και πιο εύκολο στη χρήση γυροσκόπιο δόνησης είναι πιο δημοφιλές. Η ακρίβεια του γυροσκοπίου δόνησης εξαρτάται από το σταθερό υλικό που χρησιμοποιείται στον αισθητήρα και τις δομικές διαφορές. Έτσι, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά και δομές για να αυξήσουν την ακρίβεια του γυροσκοπίου δόνησης.
Τύποι γυροσκοπίων δόνησης
Για Πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς , υλικά όπως κρύσταλλο και κεραμικά χρησιμοποιούνται για το σταθερό μέρος του αισθητήρα. Εδώ χρησιμοποιούνται κρυσταλλικές δομές όπως δομή διπλού T, πιρούνι συντονισμού και πιρούνι ρύθμισης σχήματος Η. Όταν χρησιμοποιείται κεραμικό υλικό επιλέγεται πρισματική ή στήλη.
Τα χαρακτηριστικά του αισθητήρα γυροσκοπίου δόνησης περιλαμβάνουν συντελεστή κλίμακας, συντελεστή θερμοκρασίας-συχνότητας, συμπαγές μέγεθος, αντίσταση σε κρούση, σταθερότητα και χαρακτηριστικά θορύβου.
Αισθητήρας γυροσκοπίου σε κινητό
Για να διευκολυνθεί μια καλή εμπειρία χρήστη στις μέρες μας τα smartphone είναι ενσωματωμένα με διάφορους τύπους αισθητήρων. Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν επίσης πληροφορίες τηλεφώνου για το περιβάλλον και βοηθούν επίσης στην αύξηση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.
Ο Steve Jobs ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε την τεχνολογία Γυροσκοπίου στα καταναλωτικά ηλεκτρονικά. Το Apple iPhone ήταν το πρώτο smartphone που διαθέτει τεχνολογία αισθητήρα γυροσκοπίου. Με τη βοήθεια του γυροσκοπίου στο smartphone, μπορούμε να εντοπίσουμε κίνηση και χειρονομίες με τα τηλέφωνά μας. Τα smartphone διαθέτουν συνήθως μια ηλεκτρονική έκδοση του αισθητήρα γυροσκοπίου δόνησης.
Εφαρμογή Giroscope Sensor Mobile
Η εφαρμογή Gyroscope Sensor βοηθά στην ανίχνευση της κλίσης και του προσανατολισμού του κινητού τηλεφώνου. Η εφαρμογή Gyroscope Sensor είναι χρήσιμη για παλιά smartphone που δεν διαθέτουν αισθητήρα Gyroscope.
Μια εφαρμογή όπως η μονάδα GyroEmu και Xposed χρησιμοποιεί το επιταχυνσιόμετρο και το μαγνητόμετρο που υπάρχουν στο τηλέφωνο για την προσομοίωση ενός αισθητήρα γυροσκοπίου. Ο αισθητήρας γυροσκοπίου χρησιμοποιείται κυρίως στο smartphone για παιχνίδια υψηλής τεχνολογίας AR.
Εφαρμογές
Οι αισθητήρες γυροσκοπίου χρησιμοποιούνται για ευέλικτες εφαρμογές. Τα δαχτυλίδια λέιζερ Gyros χρησιμοποιούνται σε λεωφορεία αεροσκαφών και πηγών, ενώ τα γυροσκόπια οπτικών ινών χρησιμοποιούνται σε αγωνιστικά αυτοκίνητα και μηχανοκίνητα σκάφη.
Οι αισθητήρες γυροσκοπίου δόνησης χρησιμοποιούνται στα συστήματα πλοήγησης αυτοκινήτου, ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου ευστάθειας οχημάτων, ανίχνευση κίνησης για κινητά παιχνίδια, συστήματα ανίχνευσης κουνήματος κάμερας σε ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, ελικόπτερα με ραδιοεπικοινωνία, ρομποτικά συστήματα κ.λπ.
Οι κύριες λειτουργίες του αισθητήρα γυροσκοπίου για όλες τις εφαρμογές είναι η ανίχνευση γωνιακής ταχύτητας, η ανίχνευση γωνίας και οι μηχανισμοί ελέγχου. Η θόλωση της εικόνας στις κάμερες μπορεί να αντισταθμιστεί με τη χρήση συστήματος οπτικής σταθεροποίησης εικόνας που βασίζεται στον αισθητήρα γυροσκοπίου.
Με την κατανόηση της συμπεριφοράς και των χαρακτηριστικών τους, οι προγραμματιστές σχεδιάζουν πολλά αποδοτικά και χαμηλού κόστους προϊόντα, όπως έλεγχο μέσω ασύρματου ποντικιού βάσει χειρονομίας, κατευθυντικό έλεγχο της αναπηρικής πολυθρόνας, σύστημα ελέγχου εξωτερικών συσκευών με εντολές χειρονομίας κ.λπ.
Δημιουργούνται πολλές νέες εφαρμογές που αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις χειρονομίες μας ως εντολές για τον έλεγχο συσκευών. Μερικοί από τους αισθητήρες γυροσκοπίου που διατίθενται στην αγορά είναι MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Ποια εφαρμογή για κινητά. έχετε χρησιμοποιήσει την προσομοίωση του αισθητήρα γυροσκοπίου στο κινητό σας τηλέφωνο;
