Els sistemes microelectromecànics, coneguts popularment com MEMS, són la tecnologia de dispositius electromecànics i mecànics molt petits. L’avenç en tecnologia MEMS ens ha ajudat a desenvolupar productes versàtils. Molts dels dispositius mecànics com Acceleròmetre , Giroscopi, etc ... ara es pot utilitzar amb electrònica de consum. Això va ser possible amb la tecnologia MEMS. Aquests sensors s’empaqueten de manera similar a la d'altres IC. Els acceleròmetres i els giroscopis es complementen, de manera que solen utilitzar-se junts. Un acceleròmetre mesura l'acceleració lineal o el moviment direccional d'un objecte, mentre que el sensor de giroscopi mesura la velocitat angular o la inclinació o l'orientació lateral de l'objecte. També hi ha disponibles sensors de giroscopi per a múltiples eixos.
Què és un sensor de giroscopi?
El sensor de giroscopi és un dispositiu que permet mesurar i mantenir l'orientació i velocitat angular d’un objecte. Aquests són més avançats que els acceleròmetres. Aquests poden mesurar la inclinació i l'orientació lateral de l'objecte, mentre que l'acceleròmetre només pot mesurar el moviment lineal.
Els sensors de giroscopi també s’anomenen Sensors de Velocitat Angular o Sensors de Velocitat Angular. Aquests sensors s’instal·len a les aplicacions on l’orientació de l’objecte és difícil de percebre pels humans.
Mesurada en graus per segon, la velocitat angular és el canvi de l’angle de rotació de l’objecte per unitat de temps.
Sensor de giroscopi
Principi de funcionament del sensor de giroscopi
A més de detectar la velocitat angular, els sensors de giroscopi també poden mesurar el moviment de l'objecte. Per a una detecció de moviment més robusta i precisa, en electrònica de consum es combinen els sensors giroscopis amb els sensors acceleròmetres.
Depenent de la direcció, hi ha tres tipus de mesures de velocitat angular. Yaw- la rotació horitzontal sobre una superfície plana quan es veu l’objecte des de dalt, Pitch- Rotació vertical tal com es veu l’objecte de davant, Roll- la rotació horitzontal quan es veu l’objecte de davant.
El concepte de força de Coriolis s’utilitza en els sensors de giroscopi. En aquest sensor per mesurar la velocitat angular, la velocitat de rotació del sensor es converteix en un senyal elèctric. El principi de funcionament del sensor de giroscopi es pot entendre observant el funcionament del sensor de giroscopi de vibració.
Aquest sensor consisteix en un element vibrador intern format per material cristal·lí en forma d’estructura de doble T. Aquesta estructura comprèn una part estacionària al centre amb el 'braç de detecció' adherit i el 'braç de transmissió' als dos costats.
Aquesta estructura de doble T és simètrica. Quan s’aplica un camp elèctric de vibracions alternes als braços de transmissió, es produeixen vibracions laterals contínues. Com que els braços motrius són simètrics, quan un braç es mou cap a l'esquerra l'altre es mou cap a la dreta, anul·lant així les vibracions que filtren. Això manté la part estacionària al centre i el braç de detecció es manté estàtic.
Quan s'aplica la força de rotació externa al sensor, es produeixen vibracions verticals als braços de transmissió. Això condueix a la vibració dels braços de transmissió en les direccions ascendent i descendent a causa de la qual actua una força de rotació sobre la part estacionària del centre.
La rotació de la part estacionària condueix a les vibracions verticals en els braços de detecció. Aquestes vibracions causades al braç de detecció es mesuren com un canvi de càrrega elèctrica. Aquest canvi s'utilitza per mesurar la força de rotació externa aplicada al sensor com a rotació angular.
Tipus
Amb l’avanç de la tecnologia s’estan fabricant dispositius molt precisos, fiables i en miniatura. Amb la integració del sensor giroscopi es van fer possibles mesuraments d’orientació i moviment més precisos en un espai 3D. Els giroscopis també estan disponibles en diferents mides amb diferents actuacions.
Segons les seves mides, els sensors de giroscopi es divideixen en petits i grans. De gran a petit, la jerarquia dels sensors de giroscopi es pot catalogar com giroscopi làser anell, giroscopi de fibra òptica, giroscopi fluid i giroscopi de vibració.
El giroscopi de vibració és més petit i és més fàcil d’utilitzar. La precisió del giroscopi de vibració depèn del material de l'element estacionari utilitzat en el sensor i de les diferències estructurals. Per tant, els fabricants utilitzen diferents materials i estructures per augmentar la precisió del giroscopi de vibracions.
Tipus de giroscopi de vibracions
Per a Transductors piezoelèctrics , materials com el vidre i la ceràmica s’utilitzen per a la part estacionària del sensor. Aquí s’utilitzen estructures de materials cristal·lins com l’estructura de doble T, el diapasó i el diapasó en forma de H. Quan s'utilitza material ceràmic, es tria una estructura prismàtica o columnar.
Les característiques del sensor de giroscopi de vibració inclouen el factor d’escala, el coeficient de temperatura-freqüència, la mida compacta, la resistència als xocs, l’estabilitat i les característiques de soroll.
Sensor de giroscopi al mòbil
Per facilitar una bona experiència d'usuari, avui en dia els telèfons intel·ligents estan incrustats amb diversos tipus de sensors. Aquests sensors també proporcionen informació del telèfon sobre el seu entorn i també ajuden a augmentar la durada de la bateria.
Steve Jobs va ser el primer a utilitzar la tecnologia Gyroscope en electrònica de consum. L’iPhone d’Apple va ser el primer telèfon intel·ligent amb tecnologia de sensor de giroscopi. Amb l’ajut del giroscopi al telèfon intel·ligent, podem detectar moviments i gestos amb els nostres telèfons. Els telèfons intel·ligents solen tenir una versió electrònica del sensor de giroscopi de vibració.
Aplicació mòbil Sensor de giroscopi
L’aplicació Sensor de giroscopi ajuda a detectar la inclinació i l’orientació del telèfon mòbil. L’aplicació Sensor de giroscopi és útil per a telèfons intel·ligents antics que no disposen de sensor de giroscopi.
Una aplicació com GyroEmu, un mòdul Xposed, fa servir l’acceleròmetre i el magnetòmetre presents al telèfon per simular un sensor de giroscopi. El sensor de giroscopi s'utilitza principalment al telèfon intel·ligent per jugar a jocs de RA d'alta tecnologia.
Aplicacions
Els sensors de giroscopi s’utilitzen per a aplicacions versàtils. Els giroscopis làser d’anell s’utilitzen en els transbordadors d’avions i fonts, mentre que els giroscopis de fibra òptica s’utilitzen en cotxes de carreres i en llanxes de motor.
Els sensors de giroscopi de vibració s’utilitzen en sistemes de navegació de vehicles, sistemes electrònics de control d’estabilitat de vehicles, detecció de moviment per a jocs mòbils, sistemes de detecció de sacsejades de càmeres en càmeres digitals, helicòpters radiocontrolats, sistemes robòtics, etc.
Les principals funcions del sensor de giroscopi per a totes les aplicacions són la detecció de velocitat angular, la detecció d’angles i els mecanismes de control. La difuminació de la imatge a les càmeres es pot compensar mitjançant un sistema d’estabilització òptica d’imatge basat en un sensor de giroscopi.
En comprendre el seu comportament i característiques, els desenvolupadors estan dissenyant molts productes eficients i de baix cost, com ara el control basat en gestos del ratolí sense fils, el control direccional de la cadira de rodes, un sistema per controlar dispositius externs mitjançant comandes gestuals, etc.
S’estan creant moltes aplicacions noves que canvien la manera com podem utilitzar els nostres gestos com a ordres per controlar els dispositius. Alguns dels sensors de giroscopi disponibles al mercat són MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Quina aplicació mòbil. heu utilitzat per simular el sensor de giroscopi al vostre telèfon mòbil?
