ژیروسکوپ چیست؟
ژیروسکوپ، یا 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.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز :
ژیروسکوپ چیست؟
ژیروسکوپ، یا 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.
ژیروسکوپ معادل فارسی واژهی Gyroscope در زبان انگلیسی که به اختصار Gyro نیز گفته میشود.
MEMS مختصر شدهی عبارت Micro-Electro-Mechanical Systems در زبان انگلیسی و به معنای سیستمهای الکترومکانیکی در ابعاد میکرومتر است.
نحوه ی عملکرد ژیروسکوپ
زمانیکه اشیا به دور یک محور میچرخند اصطلاحا سرعت زاویهای دارند. یک چرخ در حال گردش میتواند بر حسب تعداد دور بر ثانیه (RPS) یا درجه بر ثانیه (S⁄°) اندازهگیری شود.

توجه کنید که محور z. ژیروسکوپی شکل پایین همراستا با محور گردش چرخ در شکل بالاست.

اگر شما حسگر را به چرخ نشان داده در بالا متصل کنید، میتوانید سرعت زاویه ای در راستای محور z. ژیروسکوپ را اندازه گیری کنید. در راستای دو محور دیگر هیچ چرخشی اندازه گیری نخواهد شد.
فرض کنید که چرخ یک بار در ثانیه به دور خود بچرخد. آن گاه سرعت زاویه ای برابر با ۳۶۰ درجه بر ثانیه خوهد داشت. جهت چرخش چرخ نیز مهم است. چرخش حول محور در جهت حرکت عقربههای ساعت است یا بر خلاف آن؟
یک ژیروسکوپی سه محوره ی MEMS، مانند نمونهی موجود در شکل بالا (ITG-۳۲۰۰)، 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.
چگونه ژیروسکوپهای MEMS سرعت زاویهای را تشخیص میدهند؟

حسگر ژیروسکوپی درون MEMS بسیار کوچک است. (بین ۱ تا ۱۰۰ میکرومتر، به اندازهی یک تار موی انسان) وقتی که ژیروسکوپ میچرخد، یک جرم نوسانگر با تغییرات سرعت زاویهای جابجا می شود. این جابجایی به سیگنالهای جریان الکتریکی با اندازهی بسیار کم تبدیل میشود که میتواند تقویت شده و با یک میکروکنترلر خوانده شود.
نحوه ی ارتباط با ژیروسکوپ
اتصالات سخت افزاری اصلی برای استفاده از ژیروسکوپ، تغذیه و یک واسط ارتباطی است. مثل همیشه، برای یافتن همهی اطلاعات در مورد جزئیات و همچنین مثالهایی از ارتباطها باید به برگهی اطلاعاتی (دیتاشیت) حسگر مراجعه کرد.
واسط ارتباطی
حسگرها میتوانند واسط ارتباطی از نوع دیجیتال یا آنالوگ داشته باشند.
ژیروسکوپهایی با واسط دیجیتال عموماً یکی از پروتکلهای SPI یا I۲C را مورد استفاده قرارمیدهند. استفاده از این واسط ها امکان ارتباط ساده با یک میکروکنترلر را فراهم میکند. یکی از محدودیتهای واسط دیجیتال، حداکثر نرخ ارسال اطلاعات است. I۲C حداکثر نرخی برابر با ۴۰۰ هرتز دارد. درعوض SPI میتواند نرخ ارسال اطلاعات به مراتب بالاتری را ارایه دهد.
ژیروسکوپهای با واسط آنالوگ سرعت زاویهای را با یک ولتاژ متغیر، که عموما مقدارش بین زمینِ مدار (۰ ولت) و ولتاژ تغدیه تغییر میکند، نمایش میدهند. یک مبدل آنالوگ به دیجیتال درون یک میکروکنترلر میتواند برای خواندن این سیگنال استفاده شود. ژیروسکوپهای آنالوگ بسته به اینکه شما چطور سیگنال آنالوگ را میخوانید، میتوانند ارزانتر و گاهی اوقات دقیقتر باشند.
ژیروسکوپهای MEMS به طور کلی قطعات کم مصرفی از نظر توان هستند. جریان مصرفیشان در محدوده ی میلی آمپر و گاهی اوقات میکروآمپر است. ولتاژ تغذیه ی ژیروسکوپها معمولا ۵ ولت یا کمتر است. ژیروسکوپهای دیجیتال میتوانند سطح ولتاژ منطقیِ قابل انتخاب داشته باشند یا اینکه با سطح ولتاژ تغذیه کار کنند. برای هر واسط دیجیتال باید به یاد داشته باشید که خطوط ۵ ولت را به ۵ ولت و خطوط ۳.۳ ولت را به ۳.۳ ولت متصل کنید. همچنین ژیروسکوپهای با واسط دیجیتالی میتوانند حالت کم مصرف یا خواب داشته باشند که به آنها اجازه میدهد در کاربردهای تغذیه شونده با باتری، مورد استفاده قرار گیرند. گاهی اوقات این یک مزیت نسبت به ژیروسکوپ آنالوگ است.
شیوهی انتخاب یک ژیروسکوپ
برای پی بردن به اینکه از چه نوع ژیروسکوپی باید استفاده شود جزئیات بسیار زیادی باید مدّ نظر قرار گیرد. در اینجا تعدادی از مهمترین جزئیات به دردبخور ذکر شدهاند:
محدودهی اندازهگیری
محدودهی اندازهگیری یا حداکثر محدوده، بیشترین سرعت زاویه ای است که ژیروسکوپ میتواند اندازه بگیرد. در مورد اینکه چه چیزی را دارید اندازه میگیرید فکر کنید. آیا نیاز به اندازه گیریِ سرعت چرخش یک گرامافون را دارید که بسیار کند است، یا یک چرخ در حال گردش که میتواند بسیار سریع باشد؟
حساسیت سنسور
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 چرخاندهاید.
یک قاعده که خوب است به ذهن بسپارید: با افزایش حساسیت، محدوده اندازه گیری کاهش مییابد.
خطای سنسور
مانند هر حسگر دیگری، مقادیری که اندازه میگیرید حاوی مقداری خطا خواهند بود. شما میتوانید خطای ژیروسکوپ را هنگامی که ساکن است با اندازهگیری خروجیاش 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. به منظور اصلاح این خطاها ژیروسکوپ باید کالیبره شود. این کار معمولا با ساکن نگه داشتن ژیروسکوپ و صفر کردن همهی مقادیر خوانده شده در کد برنامهتان صورت میگیرد.
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.