Funcionamento do sensor de giroscópio e suas aplicações

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Sistemas microeletromecânicos, popularmente conhecidos como MEMS, são a tecnologia de dispositivos eletromecânicos e mecânicos muito pequenos. O avanço na tecnologia MEMS nos ajudou a desenvolver produtos versáteis. Muitos dos dispositivos mecânicos, como Acelerômetro , Giroscópio, etc ... agora pode ser usado com produtos eletrônicos de consumo. Isso foi possível com a tecnologia MEMS. Esses sensores são embalados de forma semelhante a outros ICs. Acelerômetros e giroscópios se complementam, portanto, eles geralmente são usados ​​juntos. Um acelerômetro mede a aceleração linear ou movimento direcional de um objeto, enquanto o Sensor Giroscópio mede a velocidade angular ou inclinação ou orientação lateral do objeto. Sensores de giroscópio para vários eixos também estão disponíveis.

O que é um sensor de giroscópio?

O sensor de giroscópio é um dispositivo que pode medir e manter a orientação e velocidade angular de um objeto. Eles são mais avançados do que os acelerômetros. Estes podem medir a inclinação e a orientação lateral do objeto, enquanto o acelerômetro pode medir apenas o movimento linear.




Os sensores de giroscópio também são chamados de Sensor de taxa angular ou Sensores de velocidade angular. Esses sensores são instalados em aplicações onde a orientação do objeto é difícil de ser percebida por humanos.

Medida em graus por segundo, a velocidade angular é a mudança no ângulo de rotação do objeto por unidade de tempo.



Sensor de giroscópio

Sensor de giroscópio

Princípio de funcionamento do sensor de giroscópio

Além de detectar a velocidade angular, os sensores do giroscópio também podem medir o movimento do objeto. Para uma detecção de movimento mais robusta e precisa, em eletrônicos de consumo, os sensores de giroscópio são combinados com sensores de acelerômetro.

Dependendo da direção, existem três tipos de medições de taxa angular. Yaw- a rotação horizontal em uma superfície plana quando visto o objeto de cima, Pitch- Rotação vertical como visto o objeto de frente, Roll- a rotação horizontal quando visto o objeto de frente.


O conceito de força de Coriolis é usado em sensores de giroscópio. Neste sensor, para medir a taxa angular, a taxa de rotação do sensor é convertida em um sinal elétrico. O princípio de funcionamento do sensor de giroscópio pode ser compreendido observando o funcionamento do sensor de vibração do giroscópio.

Este sensor consiste em um elemento vibratório interno feito de material cristalino em forma de estrutura em T duplo. Esta estrutura compreende uma parte estacionária no centro com 'Braço de detecção' anexado a ela e 'Braço de transmissão' em ambos os lados.

Esta estrutura em T duplo é simétrica. Quando um campo elétrico de vibração alternada é aplicado aos braços de acionamento, vibrações laterais contínuas são produzidas. Como os braços de tração são simétricos, quando um braço se move para a esquerda, o outro se move para a direita, cancelando assim as vibrações de vazamento. Isso mantém a parte estacionária no centro e o braço sensor permanece estático.

Quando a força rotacional externa é aplicada ao sensor, as vibrações verticais são causadas nos braços de acionamento. Isso leva à vibração dos braços de transmissão nas direções para cima e para baixo, devido à qual uma força rotacional atua na parte estacionária no centro.

A rotação da parte estacionária leva às vibrações verticais nos braços sensores. Essas vibrações causadas no braço sensor são medidas como uma mudança na carga elétrica. Esta mudança é usada para medir a força rotacional externa aplicada ao sensor como rotação angular.

Tipos

Com o avanço da tecnologia, dispositivos altamente precisos, confiáveis ​​e em miniatura estão sendo fabricados. Medições mais precisas de orientação e movimento em um espaço 3D tornaram-se possíveis com a integração do sensor de giroscópio. Os giroscópios também estão disponíveis em tamanhos diferentes com desempenhos diferentes.

Com base em seus tamanhos, os sensores do giroscópio são divididos em pequenos e grandes. De grande a pequena, a hierarquia dos sensores de giroscópio pode ser listada como giroscópio de laser de anel, giroscópio de fibra óptica, giroscópio de fluido e giroscópio de vibração.

Por ser pequeno e mais fácil de usar, o giroscópio de vibração é o mais popular. A precisão do giroscópio de vibração depende do material do elemento estacionário usado no sensor e das diferenças estruturais. Portanto, os fabricantes estão usando diferentes materiais e estruturas para aumentar a precisão do giroscópio de vibração.

Tipos de giroscópio de vibração

Pra Transdutores piezoelétricos , materiais como cristal e cerâmica são usados ​​para a parte estacionária do sensor. Aqui, para estruturas de material cristalino, como estrutura em T duplo, são usados ​​o diapasão e o diapasão em forma de H. Quando o material cerâmico é usado, a estrutura prismática ou colunar é escolhida.

As características do sensor de vibração do giroscópio incluem fator de escala, coeficiente de temperatura e frequência, tamanho compacto, resistência ao choque, estabilidade e características de ruído.

Sensor de giroscópio no celular

Para facilitar uma boa experiência do usuário, hoje em dia os smartphones são incorporados com vários tipos de sensores. Esses sensores também fornecem informações do telefone sobre seus arredores e também ajudam no aumento da vida útil da bateria.

Steve Jobs foi o primeiro a usar a tecnologia Gyroscope em eletrônicos de consumo. O iPhone da Apple foi o primeiro smartphone a ter tecnologia de sensor Gyroscope. Com a ajuda do giroscópio no smartphone, podemos detectar movimentos e gestos com nossos telefones. Os smartphones geralmente possuem uma versão eletrônica do sensor Vibration Gyroscope.

Gyroscope Sensor Mobile App

O aplicativo Gyroscope Sensor ajuda a detectar a inclinação e a orientação do telefone móvel. O aplicativo Sensor de giroscópio é útil para smartphones antigos que não têm sensor de giroscópio.

Um aplicativo como o GyroEmu um módulo Xposed usa o acelerômetro e o magnetômetro presentes no telefone para simular um sensor de giroscópio. O sensor de giroscópio é usado principalmente em smartphones para jogos de RA de alta tecnologia.

Formulários

Sensores de giroscópio são usados ​​para aplicações versáteis. Giroscópios de laser anelar são usados ​​em aeronaves e ônibus da fonte, enquanto giroscópios de fibra ótica são usados ​​em carros de corrida e lanchas.

Sensores de giroscópio de vibração são usados ​​em sistemas de navegação automotiva, sistemas de controle eletrônico de estabilidade de veículos, detecção de movimento para jogos móveis, sistemas de detecção de vibração de câmera em câmeras digitais, helicópteros controlados por rádio, sistemas robóticos, etc ...

As principais funções do sensor de giroscópio para todas as aplicações são detecção de velocidade angular, detecção de ângulo e mecanismos de controle. O desfoque de imagem em câmeras pode ser compensado usando o sistema de estabilização de imagem óptica com base em sensor de giroscópio.

Ao compreender seu comportamento e características, os desenvolvedores estão projetando muitos produtos eficientes e de baixo custo, como controle baseado em gestos do mouse sem fio, controle direcional de cadeira de rodas, um sistema para controlar dispositivos externos usando comandos de gestos, etc ...

Muitos novos aplicativos estão sendo criados, o que está mudando a maneira como podemos usar nossos gestos como comandos para controlar dispositivos. Alguns dos sensores de giroscópio disponíveis no mercado são MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Qual aplicativo móvel. Você já usou para simular o Sensor Giroscópio no seu celular?