Żyroskopy

Żyroskop - Pomocne urządzenia nawigacyjne

Żyroskopy są przyrządami, których zadaniem jest pomiar i utrzymanie położenia kątowego obiektu. Żyroskopy najczęściej są używane w takich obiektach, które zwykle nie obracają się zbyt szybko wokół własnej osi. Statki powietrzne, takie jak samoloty i helikoptery, zwykle obracają się o kilka stopni wokół własnej osi, np. podczas manewru skręcania lub zmiany wysokości (z wyłączeniem lotów akrobacyjnych). Wykrywając te niewielkie odchylenia, żyroskopy pomagają w stabilizacji lotu statku powietrznego, ale zmiana przyspieszenia bądź prędkości liniowej statku, nie wpływają na pomiar odchylenia kątowego maszyny. Żyroskopy zbudowane w technologii MEMS, umożliwiają pomiar prędkości kątowej i zajmują niewiele miejsca. Takie żyroskopy mogą być użyte do wyznaczenia orientacji obiektu i z powodzeniem znajdują zastosowanie w autonomicznych systemach nawigacji w ruchu lądowym i powietrznym, w tym w przestrzeni kosmicznej pozaziemskiej. Jak najprościej można wykorzystać żyroskop? Wyobraź sobie koło roweru obracające się z prędkością jednego obrotu w ciągu sekundy. Jest to równoznaczne ze stwierdzeniem, że obraca się ono z prędkością kątową wynoszącą 360 stopni w ciągu sekundy. Jak z kolei sprawdzić kierunek obrotów koła metodą pomiarową? Właśnie za pomocą żyroskopu MEMS umożliwiającego trójwymiarowy pomiar kąta obrotu - wokół osi X, Y i Z. Można spotkać również żyroskopy umożliwiające pomiar w jednej lub dwóch osiach, ale to właśnie żyroskopy trójosiowe w postaci małej płytki z elektroniką okazały się rozwiązaniem cechującym się niską ceną i jednocześnie wysoką popularnością wśród majsterkowiczów. Żyroskop to sprzęt z którym powinien zapoznać się każdy majsterkowicz i początkujący elektronik.

Żyroskopy MEMS - niewielkie i praktyczne

Jeśli chcesz rozwinąć swój projekt robota pod kątem jego stabilności równowagi podczas zatrzymywania się, poruszania się czy stania w bezruchu na nierównej powierzchni, to znakomitym rozwiązaniem będzie zastosowanie małego żyroskopu MEMS, który mierząc odchylenie kątowe robota od położenia równowagi, nada informację do Arduino, które sterując odpowiednimi silnikami i serwomechanizmami, nada właściwą pozycję robota, zapobiegając jego niepożądanemu przewróceniu się. Jak działa żyroskop MEMS? Czujnik wbudowany w tych urządzeniach ma wymiary nieprzekraczające średnicy ludzkiego włosa i działa w oparciu o zjawisko rezonansu mechanicznego. Gdy żyroskop zostaje obrócony, czujnik MEMS zamienia ten ruch na sygnał napięcia o bardzo niskim poziomie, proporcjonalnie do kąta obrócenia. Następnie, sygnał ten jest wzmacniany i przekazywany do mikrokontrolera, gdzie za pośrednictwem programu podejmowane są dalsze decyzje w zależności od odczytanej wartości napięcia.

Akcelerometr - łatwy pomiar przyspieszenia

Akcelerometry to urządzenia, których zadaniem jest pomiar przyspieszenia – wielkości opisującej jak szybko zmienia się prędkość obiektu w czasie. Akcelerometry są pomocnymi narzędziami w systemach pomiarowych do wykrywania wibracji obiektu badanego oraz w systemach nawigacji. Akcelerometr wykrywa statyczne i dynamiczne oddziaływanie przyspieszenia. Siły statyczne obejmują oddziaływanie grawitacyjne, zaś dynamiczne – wibracje i przemieszczanie. Akcelerometry mogą mierzyć przyspieszenie w jednej, dwóch, lub trzech osiach układu współrzędnych, ale podobnie jak w przypadku żyroskopów, rozwiązanie trójosiowe jest przodujące. W skład budowy typowego akcelerometru, wchodzą mikroskopijnych rozmiarów elektrody tworzące kondensator zawieszone na sprężynach. Pod wpływem przyspieszenia, elektrody poruszają się względem siebie zmieniając pojemność między sobą – prędkość tych zmian umożliwia wyznaczenie przyspieszenia obiektu, na którym akcelerometr pracuje. Występują także akcelerometry piezoelektryczne, w których odpowiedni materiał pod wpływem oddziaływania mechanicznego, wytwarza ładunek elektryczny na swojej powierzchni – zjawisko to, wykorzystywane jest m.in. podczas wykonywania pomiarów sejsmicznych.

Magnetometr - stworzony do współpracy z żyroskopem i akcelerometrem

Pośród czujników MEMS oferowanych przez sklep Botland, znajdziesz urządzenia z wbudowanym żyroskopem, akcelerometrem, a także magnetometrem - urządzeniem służącym do pomiaru natężenia pola magnetycznego, najczęściej na zasadzie efektu Halla lub zjawiska magnetorezystancji. W magnetometrze Halla, jeśli do metalowej płyty podłączymy źródło napięcia, to wywołamy przepływ prądu między dwiema powierzchniami tej płyty. Gdy do zasilanej płyty zbliżymy źródło pola magnetycznego (np. magnes), to spowodujemy zniekształcenie drogi przepływu elektronów na powierzchni płyty. Wówczas, jedną stronę płyty zajmą elektrony, a drugą – protony. Po podłączeniu woltomierza między obie powierzchnie płyty, będziemy mogli odczytać napięcie, którego wartość zależy od natężenia pola magnetycznego i jego kierunku oddziaływania w przestrzeni. Natomiast koncepcja magnetorezystancyjna magnetometru wykorzystuje materiały wrażliwe na pole magnetyczne – często spotykany jest stop żelaza i niklu. Takie materiały pod wpływem wystawienia na działanie pola magnetycznego zmieniają swoją rezystancję. Czujniki MEMS dostępne w naszej ofercie są ponadto wyposażone w interfejs I2C, dzięki któremu bez problemu będziesz mógł podłączyć swój żyroskop do współpracy np. Arduino czy Raspberry Pi.