الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة ، والمعروفة باسم MEMS ، هي تقنية الأجهزة الكهروميكانيكية والميكانيكية الصغيرة جدًا. ساعدنا التقدم في تقنية MEMS على تطوير منتجات متعددة الاستخدامات. العديد من الأجهزة الميكانيكية مثل مقياس التسارع ، الجيروسكوب ، إلخ ... يمكن استخدامها الآن مع الإلكترونيات الاستهلاكية. كان هذا ممكنًا باستخدام تقنية MEMS. يتم حزم هذه المستشعرات بشكل مشابه لمكونات IC الأخرى. تكمل أجهزة قياس التسارع والجيروسكوبات بعضها البعض ، لذا فعادة ما تستخدم معًا. يقيس مقياس التسارع التسارع الخطي أو الحركة الاتجاهية لجسم ما ، بينما يقيس مستشعر الجيروسكوب السرعة الزاوية أو الميل أو الاتجاه الجانبي للكائن. تتوفر أيضًا مستشعرات جيروسكوب لمحاور متعددة.
ما هو مستشعر الجيروسكوب؟
مستشعر الجيروسكوب هو جهاز يمكنه قياس والحفاظ على الاتجاه و السرعة الزاوية من كائن. هذه أكثر تقدمًا من مقاييس التسارع. يمكن أن يقيس هذا الميل والاتجاه الجانبي للكائن بينما يمكن لمقياس التسارع قياس الحركة الخطية فقط.
تسمى مستشعرات الجيروسكوب أيضًا باسم مستشعر المعدل الزاوي أو مستشعرات السرعة الزاوية. يتم تثبيت هذه المستشعرات في التطبيقات حيث يصعب على البشر الشعور بتوجيه الكائن.
تُقاس السرعة الزاوية بالدرجات في الثانية ، وهي التغير في زاوية دوران الجسم لكل وحدة زمنية.
مستشعر الجيروسكوب
مبدأ عمل مستشعر الجيروسكوب
إلى جانب استشعار السرعة الزاوية ، يمكن لمستشعرات الجيروسكوب أيضًا قياس حركة الجسم. للحصول على استشعار حركة أكثر قوة ودقة ، يتم دمج مستشعرات الجيروسكوب في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مع مستشعرات مقياس التسارع.
اعتمادًا على الاتجاه ، هناك ثلاثة أنواع من قياسات المعدل الزاوي. ياو- الدوران الأفقي على سطح مستوٍ عند رؤية الكائن من أعلى ، الانحراف- الدوران الرأسي كما يرى الكائن من الأمام ، الدوران- الدوران الأفقي عند رؤية الكائن من الأمام.
يستخدم مفهوم قوة كوريوليس في مستشعرات الجيروسكوب. في هذا المستشعر لقياس المعدل الزاوي ، يتم تحويل معدل دوران المستشعر إلى إشارة كهربائية. يمكن فهم مبدأ عمل مستشعر الجيروسكوب من خلال مراقبة عمل مستشعر جيروسكوب الاهتزاز.
يتكون هذا المستشعر من عنصر اهتزاز داخلي مكون من مادة بلورية على شكل هيكل مزدوج - T. يتكون هذا الهيكل من جزء ثابت في المركز مع 'ذراع استشعار' مثبت عليه و 'ذراع محرك' على كلا الجانبين.
هذا الهيكل المزدوج على شكل حرف T متماثل. عند تطبيق مجال كهربائي اهتزازي متناوب على أذرع القيادة ، يتم إنتاج اهتزازات جانبية مستمرة. نظرًا لأن أذرع القيادة متماثلة ، فعندما يتحرك أحد الذراعين لليسار يتحرك الآخر إلى اليمين ، وبالتالي يلغي الاهتزازات المتسربة. هذا يحافظ على الجزء الثابت في المركز ويظل ذراع الاستشعار ثابتًا.
عند تطبيق قوة الدوران الخارجية على جهاز الاستشعار ، تحدث الاهتزازات الرأسية على أذرع القيادة. يؤدي هذا إلى اهتزاز أذرع محرك الأقراص في الاتجاهين العلوي والسفلي بسبب تأثير قوة الدوران على الجزء الثابت في المركز.
يؤدي دوران الجزء الثابت إلى اهتزازات رأسية في أذرع الاستشعار. يتم قياس هذه الاهتزازات التي تحدث في ذراع الاستشعار كتغير في الشحنة الكهربائية. يستخدم هذا التغيير لقياس قوة الدوران الخارجية المطبقة على المستشعر كدوران زاوية.
أنواع
مع التقدم في التكنولوجيا ، يتم تصنيع أجهزة دقيقة للغاية وموثوقة ومصغرة. أصبحت القياسات الأكثر دقة للاتجاه والحركة في مساحة ثلاثية الأبعاد ممكنة مع دمج مستشعر الجيروسكوب. تتوفر الجيروسكوبات أيضًا بأحجام مختلفة وبأداء مختلف.
بناءً على أحجامها ، يتم تقسيم مستشعرات الجيروسكوب إلى صغيرة وكبيرة الحجم. من الكبير إلى الصغير ، يمكن إدراج التسلسل الهرمي لمستشعرات الجيروسكوب مثل جيروسكوب الليزر الدائري وجيروسكوب الألياف الضوئية وجيروسكوب السوائل وجيروسكوب الاهتزاز.
كونها صغيرة وسهلة الاستخدام أكثر جيروسكوب الاهتزاز هو الأكثر شعبية. تعتمد دقة جيروسكوب الاهتزاز على مادة العنصر الثابت المستخدمة في المستشعر والاختلافات الهيكلية. لذلك ، يستخدم المصنعون مواد وهياكل مختلفة لزيادة دقة جيروسكوب الاهتزاز.
أنواع جيروسكوب الاهتزاز
بالنسبة محولات كهرضغطية ، يتم استخدام مواد مثل الكريستال والسيراميك للجزء الثابت من المستشعر. هنا يتم استخدام هياكل المواد البلورية مثل الهيكل المزدوج على شكل حرف T وشوكة التوليف وشوكة الرفع على شكل H. عند استخدام مادة السيراميك ، يتم اختيار الهيكل المنشوري أو العمودي.
تتضمن خصائص مستشعر جيروسكوب الاهتزاز عامل المقياس ومعامل درجة الحرارة والتردد والحجم الصغير ومقاومة الصدمات والاستقرار وخصائص الضوضاء.
مستشعر الجيروسكوب في الجوال
لتسهيل تجربة مستخدم جيدة في الوقت الحاضر ، تم تضمين الهواتف الذكية بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار. توفر هذه المستشعرات أيضًا معلومات الهاتف حول محيطه وتساعد أيضًا في زيادة عمر البطارية.
كان ستيف جوبز أول من استخدم تقنية الجيروسكوب في الإلكترونيات الاستهلاكية. كان Apple iPhone هو أول هاتف ذكي يمتلك تقنية مستشعر الجيروسكوب. بمساعدة الجيروسكوب في الهاتف الذكي ، يمكننا اكتشاف الحركة والإيماءات بهواتفنا. عادة ما تحتوي الهواتف الذكية على نسخة إلكترونية من مستشعر الاهتزاز الجيروسكوب.
تطبيق جيروسكوب الاستشعار
يساعد تطبيق Gyroscope Sensor في اكتشاف إمالة الهاتف المحمول واتجاهه. تطبيق Gyroscope Sensor مفيد للهواتف الذكية القديمة التي لا تحتوي على مستشعر جيروسكوب.
يستخدم تطبيق مثل GyroEmu و Xposed وحدة مقياس التسارع ومقياس المغناطيسية الموجودان على الهاتف لمحاكاة مستشعر الجيروسكوب. يستخدم مستشعر الجيروسكوب في الغالب على الهاتف الذكي للعب ألعاب AR عالية التقنية.
التطبيقات
تستخدم مستشعرات الجيروسكوب للتطبيقات المتنوعة. تُستخدم الجيروسكوبات الليزرية الحلقية في الطائرات والمكوكات المصدر بينما تستخدم الألياف البصرية الجيروسكوبية في سيارات السباق والقوارب ذات المحركات.
تستخدم مستشعرات جيروسكوب الاهتزاز في أنظمة الملاحة في السيارة ، وأنظمة التحكم الإلكتروني بالثبات للمركبات ، واستشعار الحركة للألعاب المحمولة ، وأنظمة الكشف عن اهتزاز الكاميرا في الكاميرات الرقمية ، والمروحيات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو ، والأنظمة الروبوتية ، إلخ ...
الوظائف الرئيسية لمستشعر الجيروسكوب لجميع التطبيقات هي استشعار السرعة الزاوية ، واستشعار الزاوية ، وآليات التحكم. يمكن تعويض ضبابية الصورة في الكاميرات باستخدام نظام تثبيت الصورة البصري القائم على مستشعر الجيروسكوب.
من خلال فهم سلوكهم وخصائصهم ، يقوم المطورون بتصميم العديد من المنتجات الفعالة ومنخفضة التكلفة مثل التحكم المستند إلى الإيماءات في الماوس اللاسلكي ، والتحكم في اتجاه الكرسي المتحرك ، ونظام للتحكم في الأجهزة الخارجية باستخدام أوامر الإيماءات ، إلخ ...
يتم إنشاء العديد من التطبيقات الجديدة التي تعمل على تغيير الطريقة التي يمكننا بها استخدام إيماءاتنا كأوامر للتحكم في الأجهزة. بعض مستشعرات الجيروسكوب المتوفرة في السوق هي MAX21000 ، MAX21001 ، MAX21003 ، MAX21100. أي تطبيق جوال. هل اعتدت محاكاة مستشعر الجيروسكوب على هاتفك المحمول؟
