Сегодня я хочу поделиться очень интересной темой — как работают гироскопы?

Особенно, увидев гироскоп XV7118BB, мне не терпелось глубже изучить его принцип работы, ударопрочность и его применение в промышленности и автономном вождении. Чтобы понять, как он работает, сначала нужно понять Что такое гироскоп?

Гироскопический датчик — это устройство, специально предназначенное для измерения угловой скорости.

Угловая скорость — это изменение угла поворота объекта за единицу времени, обычно выражается в °/с или °/ч. Этот датчик может обнаруживать угол наклона или поворота объекта в течение одной секунды, что делает его очень полезным для коррекции положения.

Например, в зеркальных фотоаппаратах гироскопический датчик фиксирует угловую скорость дрожания объектива и соответствующим образом регулирует направление линзы, чтобы обеспечить стабильное изображение.

Конечно, применение гироскопических датчиков очень широко. Помимо зеркальных фотоаппаратов, они также используются в автомобильных навигационных системах, особенно когда сигналы GNSS недоступны, например, в туннелях или между высотными зданиями.

В таких ситуациях положение транспортного средства можно оценить по количеству оборотов колес и гироскопическому датчику. Кроме того, гироскопические датчики используются в системах электронного контроля устойчивости, боковых подушках безопасности, автоматических управляемых транспортных средствах (AGV), дронах, роботах-пылесосах и строительной технике. Он играет ключевую роль в определении направления движения и пройденного расстояния.

Как работает гироскопический датчик?

Принцип работы: Основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте и силе Кориолиса.

При подаче напряжения питания на сенсорную структуру с двойной трапецией, изготовленную из кварцевого материала, приводные плечи вибрируют. Как только к датчику прикладывается вращательное движение, он может регистрировать угловую скорость. Вращательное движение вызывает возникновение приводной силы, перпендикулярной направлению возбуждающей вибрации, что, в свою очередь, заставляет сенсорные плечи изгибаться и вибрировать в противоположных направлениях. Эта вибрация преобразуется в электрический сигнал посредством пьезоэлектрического эффекта, его амплитуда пропорциональна угловой скорости. Электрические сигналы, генерируемые верхним и нижним сенсорными плечами, складываются дифференциально, удваивая амплитуду в зависимости от угловой скорости.

Гироскопические датчики обладают очень высокой ударопрочностью. Даже при ударе датчик не выдает никакого сигнала. Это происходит потому, что удар заставляет верхнее и нижнее сенсорные плечи изгибаться и вибрировать в одном направлении. Генерируемые электрические сигналы из-за пьезоэлектрического эффекта имеют амплитуды, пропорциональные ускорению в направлении изгиба, и совпадают по фазе. Когда эти синфазные сигналы складываются дифференциально, электрические сигналы, вызванные ударом, взаимно компенсируются.

Следовательно, даже если датчик подвергается удару, шум не генерируется, и обнаружение угловой скорости не нарушается.

Важность ударопрочности гироскопа

В сценариях применения, таких как промышленность и автономное вождение, гироскопы должны работать в различных сложных условиях. Внешние удары, вибрации и изменения температуры могут повлиять на точность измерений гироскопа. Поэтому ударопрочность является одним из важных показателей производительности гироскопа.

Как достигается ударопрочность гироскопа?

1.  Механическая конструкция: Оптимизация механической структуры гироскопа для повышения его ударопрочности.

2.  Электронная конструкция: Проектирование высокоточных электронных схем для уменьшения влияния внешних помех на результаты измерений.

3.  Программные алгоритмы: Разработка передовых алгоритмов для выполнения коррекции данных измерений в реальном времени, повышая точность измерений.

Преимущества гироскопа XV7118BB

-   Последовательный интерфейс SPI / I2C

-   Выход угловой скорости (16-бит / 24-бит)

-   Отличная стабильность температурного смещения

-   Диапазон рабочих температур: от -40°C до +85°C

-   Встроенный датчик температуры

-   Встроенный переключаемый цифровой фильтр

Рекомендуемые области применения

-   Защита от вибрации и управление ориентацией для промышленных применений и т.д.

-   Оборудование для автономного вождения, такое как AGV и газонокосилки