Hoy quiero compartir un tema muy interesante: ¿cómo funcionan los giroscopios?

En particular, al ver el giroscopio XV7118BB, no pude evitar profundizar en su principio de funcionamiento, su resistencia a los golpes y sus aplicaciones en la industria y la conducción autónoma. Para entender cómo funciona, primero debemos comprender qué es un giroscopio.

Un sensor de giroscopio es un dispositivo diseñado específicamente para medir la velocidad angular.

La velocidad angular se refiere al cambio del ángulo de rotación de un objeto por unidad de tiempo y suele expresarse en °/s o °/h. Este sensor puede detectar la inclinación o el ángulo de giro de un objeto en un segundo, lo que lo hace muy útil para la corrección de posición.

Por ejemplo, en las cámaras DSLR, el sensor de giroscopio capta la velocidad angular del movimiento del lente y ajusta la dirección de este en consecuencia para garantizar imágenes estables.

Por supuesto, las aplicaciones de los sensores de giroscopio son muy amplias. Además de las cámaras DSLR, también se utilizan en sistemas de navegación vehicular, especialmente cuando las señales GNSS no están disponibles, como en túneles o entre edificios altos.

En estas situaciones, la posición del vehículo puede estimarse a partir del número de rotaciones de los neumáticos y el sensor de giroscopio. Además, los sensores de giroscopio se emplean en el control electrónico de estabilidad, los airbags laterales, los vehículos guiados automáticamente (AGV), los drones, las aspiradoras robot y la maquinaria de construcción. Desempeñan un papel clave en la determinación de la dirección de desplazamiento y la distancia recorrida.

¿Cómo funciona un sensor de giroscopio?

Principio de funcionamiento: basado en el efecto piezoeléctrico inverso y la fuerza de Coriolis.

Cuando se aplica un voltaje de alimentación a la estructura trapezoidal doble del sensor, fabricada en cuarzo, los brazos de accionamiento vibran. Una vez que se aplica un movimiento de rotación al sensor, este puede detectar la velocidad angular. El movimiento de rotación genera una fuerza de accionamiento perpendicular a la dirección de vibración del accionamiento, lo que a su vez hace que los brazos de detección se flexionen y vibren en direcciones opuestas. Esta vibración se convierte en una señal eléctrica mediante el efecto piezoeléctrico, con una amplitud proporcional a la velocidad angular. Las señales eléctricas generadas por los brazos de detección superior e inferior se suman de forma diferencial, lo que duplica la amplitud en función de la velocidad angular.

Los sensores de giroscopio tienen una resistencia a los golpes muy alta. Incluso cuando reciben un impacto, no emiten ninguna señal. Esto se debe a que un impacto hace que los brazos de detección superior e inferior se flexionen y vibren en la misma dirección. Las señales eléctricas generadas por el efecto piezoeléctrico tienen amplitudes proporcionales a la aceleración en la dirección de flexión y están en fase. Al sumar estas señales en fase de forma diferencial, las señales eléctricas generadas por el impacto se anulan entre sí.

Por lo tanto, aunque el sensor reciba un impacto, no se genera ruido y la detección de la velocidad angular no se ve afectada.

La importancia de la resistencia a los golpes del giroscopio

En escenarios de aplicación como la industria y la conducción autónoma, los giroscopios deben funcionar en entornos complejos y variados. Los golpes externos, las vibraciones y los cambios de temperatura pueden afectar la precisión de medición del giroscopio. Por ello, la resistencia a los golpes es uno de los indicadores de rendimiento más importantes de un giroscopio.

¿Cómo se logra la resistencia a los golpes de un giroscopio?

1. Diseño mecánico: optimizar la estructura mecánica del giroscopio para mejorar su resistencia a los golpes.

2. Diseño electrónico: diseñar circuitos electrónicos de alta precisión para reducir el impacto de las interferencias externas en los resultados de medición.

3. Algoritmos de software: diseñar algoritmos avanzados para corregir los datos de medición en tiempo real y mejorar la precisión de medición.

Ventajas del giroscopio XV7118BB

- Interfaz serie SPI / I2C

- Salida de velocidad angular (16 bits / 24 bits)

- Excelente estabilidad del sesgo de temperatura

- Rango de temperatura de funcionamiento: -40°C a +85°C

- Sensor de temperatura integrado

- Filtro digital seleccionable integrado

Aplicaciones sugeridas

- Protección contra vibraciones y control de actitud para aplicaciones industriales, etc.

- Equipos de conducción autónoma, como AGV y cortacéspedes