I sistemi microelettromeccanici, comunemente noti come MEMS, sono la tecnologia di dispositivi elettromeccanici e meccanici molto piccoli. Il progresso nella tecnologia MEMS ci ha aiutato a sviluppare prodotti versatili. Molti dei dispositivi meccanici come Accelerometro , Giroscopio, ecc ... ora possono essere utilizzati con l'elettronica di consumo. Ciò è stato possibile con la tecnologia MEMS. Questi sensori sono confezionati in modo simile ad altri circuiti integrati. Accelerometri e giroscopi si completano a vicenda, quindi di solito vengono utilizzati insieme. Un accelerometro misura l'accelerazione lineare o il movimento direzionale di un oggetto, mentre il sensore del giroscopio misura la velocità angolare o l'inclinazione o l'orientamento laterale dell'oggetto. Sono disponibili anche sensori giroscopici per più assi.
Cos'è un sensore giroscopio?
Il sensore del giroscopio è un dispositivo in grado di misurare e mantenere l'orientamento e velocità angolare di un oggetto. Questi sono più avanzati degli accelerometri. Questi possono misurare l'inclinazione e l'orientamento laterale dell'oggetto mentre l'accelerometro può misurare solo il movimento lineare.
I sensori del giroscopio sono anche chiamati sensori di velocità angolare o sensori di velocità angolare. Questi sensori sono installati nelle applicazioni in cui l'orientamento dell'oggetto è difficile da percepire da parte dell'uomo.
Misurata in gradi al secondo, la velocità angolare è la variazione dell'angolo di rotazione dell'oggetto per unità di tempo.
Sensore giroscopio
Principio di funzionamento del sensore giroscopio
Oltre a rilevare la velocità angolare, i sensori del giroscopio possono anche misurare il movimento dell'oggetto. Per un rilevamento del movimento più robusto e preciso, nell'elettronica di consumo i sensori del giroscopio sono combinati con i sensori dell'accelerometro.
A seconda della direzione, sono disponibili tre tipi di misurazioni della velocità angolare. Imbardata- la rotazione orizzontale su una superficie piana quando si vede l'oggetto dall'alto, Pitch- Rotazione verticale come visto l'oggetto da davanti, Rotolo- la rotazione orizzontale quando si vede l'oggetto da davanti.
Il concetto di forza di Coriolis viene utilizzato nei sensori giroscopici. In questo sensore per misurare la velocità angolare, la velocità di rotazione del sensore viene convertita in un segnale elettrico. Il principio di funzionamento del sensore del giroscopio può essere compreso osservando il funzionamento del sensore del giroscopio a vibrazione.
Questo sensore è costituito da un elemento vibrante interno costituito da materiale cristallino a forma di struttura a doppia T. Questa struttura comprende una parte fissa al centro con 'Braccio di rilevamento' attaccato ad essa e 'Braccio di trasmissione' su entrambi i lati.
Questa struttura a doppia T è simmetrica. Quando un campo elettrico a vibrazione alternata viene applicato ai bracci di trasmissione, vengono prodotte vibrazioni laterali continue. Poiché i bracci di trasmissione sono simmetrici, quando un braccio si sposta a sinistra, l'altro si sposta a destra, annullando così le vibrazioni fuoriuscite. Ciò mantiene la parte fissa al centro e il braccio di rilevamento rimane statico.
Quando la forza di rotazione esterna viene applicata al sensore, le vibrazioni verticali sono causate sui bracci di trasmissione. Ciò porta alla vibrazione dei bracci di trasmissione verso l'alto e verso il basso a causa della quale una forza di rotazione agisce sulla parte fissa al centro.
La rotazione della parte stazionaria porta alle vibrazioni verticali nei bracci di rilevamento. Queste vibrazioni causate nel braccio di rilevamento vengono misurate come una variazione della carica elettrica. Questa modifica viene utilizzata per misurare la forza di rotazione esterna applicata al sensore come rotazione angolare.
Tipi
Con il progresso della tecnologia vengono prodotti dispositivi estremamente precisi, affidabili e in miniatura. Misurazioni più accurate dell'orientamento e del movimento in uno spazio 3D sono diventate possibili con l'integrazione del sensore giroscopio. I giroscopi sono inoltre disponibili in diverse dimensioni con differenti prestazioni.
In base alle loro dimensioni, i sensori del giroscopio sono suddivisi in piccoli e grandi. Dal grande al piccolo, la gerarchia dei sensori del giroscopio può essere elencata come Giroscopio laser ad anello, Giroscopio a fibre ottiche, Giroscopio fluido e Giroscopio a vibrazione.
Essendo piccolo e più facile da usare, il giroscopio a vibrazione è il più popolare. La precisione del giroscopio a vibrazione dipende dal materiale dell'elemento stazionario utilizzato nel sensore e dalle differenze strutturali. Pertanto, i produttori utilizzano materiali e strutture diversi per aumentare la precisione del giroscopio a vibrazione.
Tipi di giroscopio a vibrazione
Per Trasduttori piezoelettrici , materiali come il cristallo e la ceramica vengono utilizzati per la parte fissa del sensore. Qui per le strutture in materiale cristallino come la struttura a doppia T, vengono utilizzati diapason e diapason a forma di H. Quando viene utilizzato materiale ceramico, viene scelta la struttura prismatica o colonnare.
Le caratteristiche del sensore del giroscopio a vibrazione includono fattore di scala, coefficiente temperatura-frequenza, dimensioni compatte, resistenza agli urti, stabilità e caratteristiche di rumore.
Sensore giroscopio in dispositivi mobili
Per facilitare una buona esperienza utente oggigiorno gli smartphone sono integrati con vari tipi di sensori. Questi sensori forniscono anche informazioni sul telefono sull'ambiente circostante e aiutano anche ad aumentare la durata della batteria.
Steve Jobs è stato il primo a utilizzare la tecnologia Gyroscope nell'elettronica di consumo. Apple iPhone è stato il primo smartphone ad avere la tecnologia del sensore giroscopio. Con l'aiuto del giroscopio nello smartphone, possiamo rilevare movimenti e gesti con i nostri telefoni. Gli smartphone di solito hanno una versione elettronica del sensore del giroscopio a vibrazione.
App mobile sensore giroscopio
L'app Gyroscope Sensor aiuta a rilevare l'inclinazione e l'orientamento del telefono cellulare. L'app Gyroscope Sensor è utile per i vecchi smartphone che non dispongono di un sensore Gyroscope.
Un'app come GyroEmu e un modulo Xposed utilizza l'accelerometro e il magnetometro presenti sul telefono per simulare un sensore giroscopico. Il sensore giroscopio viene utilizzato principalmente sullo smartphone per giocare a giochi AR ad alta tecnologia.
Applicazioni
I sensori giroscopici vengono utilizzati per applicazioni versatili. I giroscopi laser ad anello sono utilizzati negli aeromobili e nelle navette Source, mentre i giroscopi in fibra ottica sono utilizzati nelle auto da corsa e nei motoscafi.
I sensori del giroscopio a vibrazione sono utilizzati nei sistemi di navigazione per auto, sistemi di controllo elettronico della stabilità dei veicoli, rilevamento del movimento per i giochi mobili, sistemi di rilevamento delle vibrazioni della fotocamera in fotocamere digitali, elicotteri radiocomandati, sistemi robotici, ecc ...
Le funzioni principali del sensore giroscopico per tutte le applicazioni sono rilevamento della velocità angolare, rilevamento dell'angolo e meccanismi di controllo. La sfocatura delle immagini nelle fotocamere può essere compensata utilizzando il sistema di stabilizzazione ottica dell'immagine basato sul sensore giroscopio.
Comprendendo il loro comportamento e le loro caratteristiche, gli sviluppatori stanno progettando molti prodotti efficienti ea basso costo come il controllo basato sui gesti del mouse wireless, il controllo direzionale della sedia a rotelle, un sistema per controllare i dispositivi esterni utilizzando i comandi gestuali, ecc ...
Si stanno creando molte nuove applicazioni che stanno cambiando il modo in cui possiamo usare i nostri gesti come comandi per controllare i dispositivi. Alcuni dei sensori giroscopici disponibili sul mercato sono MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Quale app mobile. hai usato per simulare il sensore del giroscopio sul tuo cellulare?
