سنسور ژیروسکوپ  sensor Gyroscope (سنسور چرخش نما) نحوه عملکرد و کاربرد ها (مهندسی برق_ الکترونیک)

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)


نکته : سنسور ژیروسکوپ وسیله‌ای برای اندازه‌گیری و یا حفظ جهت می‌باشد که از اصل بقای تکانهٔ زاویه‌ ای به صورت هوشمند استفاده می‌کند.


ژیروسکوپ مکانیکی چیست ؟؟؟

ساختمان یک ژیروسکوپ مکانیکی همیشه یک چرخ یا دیسک چرخنده با محور آزاد دارد که می‌تواند در هر جهتی بایستد. این جهت گیری بسیار کمتر بر اثر گشتاور خارجی تغییر می‌کند که این به دلیل ممان زاویه‌ای بزرگ خود به همراه نرخ زیاد چرخش آن است. چون گشتاور خارجی توسط نگاه داشتن وسیله در یک حلقه کمینه می‌شود جهت آن تقریبا ثابت می‌ماند، صرف نظر از اینکه سطحی که وسیله روی آن قرار گرفته چقدر حرکت می‌کند. ژیروسکوپ‌های با تکنولوژی حالت جامد هم وجود دارند.

سنسور ژیروسکوپ چیست؟؟

 از سنسور ژیروسکوپ برای تعیین شیب، زاویه، خط افق، و مواردی از این قبیل استفاده میشود. دستگاه های جدید (مثل موبایل های امروزی) هم دارای سنسور ژیروسکوپ هستند که از آن برای مشخص شدن وضعیت قرار گیری گوشی استفاده میشود. سنسور ژیروسکوپ، یا سنسور ژیرو، وسیله‌ای برای اندازه‌گیری یا حفظ حرکت دورانی است. ژیروسکوپ‌های MEMS، سیستم الکترومکانیکی، حسگر‌های کوچک و ارزانی هستند که سرعت زاویه‌ای را اندازه می‌گیرند. واحد سرعت زاویه‌ای اندازه‌گیری شده درجه بر ثانیه (S⁄°) یا دوران بر ثانیه (RPS) است. سرعت زاویه ای، اندازه‌گیری سرعت چرخش است. ژیروسکوپ‌ها می‌توانند برای تعیین جهت استفاده‌شوند و در بسیاری از سیستم‌های مستقل ناوبری وجود دارند. برای مثال، اگر شما بخواهید که تعادل یک ربات را حفظ کنید، یک ژیروسکوپ می­تواند برای اندازه­‌گیری میزان چرخش از موقعیت تعادل استفاده شود و دستورات اصلاحی را به یک موتور ارسال کند.

یک ژیروسکوپ سه محوره ­ی MEMS، می­تواند چرخش حول سه محور x، y. و z. را اندازه بگیرد. برخی ژیروسکوپ‌ها در مدل­‌های تک­ محوره یا دو­محوره تولید می­شوند، اما ژیروسکوپ‌های سه محوره در یک تراشه به سمت کوچک­تر شدن (از نظر ابعاد)، ارزان­تر شدن و رایج­تر شدن پیش می­روند. ژیروسکوپ‌ها اغلب برای اشیایی که با سرعت­های بسیار زیاد نمی­چرخند، استفاده می­شوند. هواپیما‌ها (با احتمال خوبی) به دور خود نمی­چرخند. در عوض آن­ها فقط در حد چند درجه حول هر محور چرخش دارند. با شناسیایی این تغییرات اندک، ژیروسکوپ‌ها به پروازِ با ثباتِ هواپیما کمک می­کنند. همچنین دقت کنید که شتاب یا سرعت خطی هواپیما تاثیری بر اندازه­ گیری­های ژیروسکوپ ندارد. ژیروسکوپ تنها سرعت زاویه ­ای را می­ سنجد.

حساسیت سنسور ژیروسکوپ (سنسور چرخش نما)

حساسیت بر حسب میلی­ ولت بر درجه بر ثانیه اندازه ­گیری می­ شود. اجازه ندهید که یکای این کمیت شما را بترساند. این مقدار تعیین می­کند که برای یک سرعت زاویه ­ای مشخص ولتاژ به چه اندازه تغییر می­کند. برای مثال، اگر حساسیت یک ژیروسکوپ ۳۰ باشد و شما ۳۰۰ تغییر ولتاژ را در خروجی ببینید، یعنی ژیروسکوپ را با نرخ ۱۰ چرخانده ­اید. با افزایش حساسیت، محدوده اندازه ­گیری کاهش می­یابد.

خطای سنسور ژیروسکوپ (سنسور چرخش نما)

مانند هر حسگر دیگری، مقادیری که اندازه می­گیرید حاوی مقداری خطا خواهند بود. شما می­توانید خطای ژیروسکوپ را هنگامی که ساکن است با اندازه­ گیری خروجی ­اش ببینید. با وجود اینکه تصور می­کنید که در حالت سکون ۰ درجه را ببینید، اما همیشه مقدار کوچکِ غیرصفری را به عنوان خطا خواهید دید. این خطا‌ها گاهی­ اوقات خطای انحرافی یا خطای بی‌ثباتی نامیده می‌­شوند. دمای حسگر تاثیر بسزایی بر میزان خطای آن دارد. برای کم کردن منشا این خطا، اکثر ژیروسکوپ‌ها یک حسگر دمای داخلی دارند؛ بنابراین شما می­توانید دمای حسگر را خوانده و تغییرات وابسته به دما را اصلاح کنید. 

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)