ジャイロスコープセンサーの動作とその応用

一般にMEMSとして知られている微小電気機械システムは、非常に小さな電気機械および機械装置の技術です。 MEMS技術の進歩は、用途の広い製品の開発に役立っています。加速度計、ジャイロスコープなどの機械装置の多くは、現在、家電製品で使用できます。これはMEMS技術で可能でした。これらのセンサーは、他のICと同様にパッケージ化されています。加速度計とジャイロスコープは互いに補完し合うため、通常は一緒に使用されます。加速度計は物体の線形加速度または方向性のある動きを測定しますが、ジャイロスコープセンサーは物体の角速度または傾斜または横方向の向きを測定します。多軸用のジャイロスコープセンサーも利用できます。

ジャイロスコープセンサーとは何ですか？

ジャイロスコープセンサーは、オブジェクトの向きと角速度を測定および維持できるデバイスです。これらは、加速度計よりも高度です。これらはオブジェクトの傾きと横方向を測定できますが、加速度計は線形運動しか測定できません。

ジャイロスコープセンサーは、角速度センサーまたは角速度センサーとも呼ばれます。これらのセンサーは、物体の向きを人間が感知するのが難しいアプリケーションにインストールされます。

1秒あたりの度数で測定される角速度は、単位時間あたりのオブジェクトの回転角の変化です。

ジャイロスコープセンサーの動作原理

角速度を感知するだけでなく、ジャイロスコープセンサーはオブジェクトの動きを測定することもできます。より堅牢で正確なモーションセンシングのために、家庭用電化製品では、ジャイロスコープセンサーが加速度センサーと組み合わされています。

方向に応じて、3種類の角速度測定があります。ヨー-オブジェクトを上から見たときの平らな面での水平回転、ピッチ-オブジェクトを正面から見たときの垂直回転、ロール-オブジェクトを正面から見たときの水平回転。

コリオリの力の概念は、ジャイロスコープセンサーで使用されます。角速度を測定するこのセンサーでは、センサーの回転速度が電気信号に変換されます。ジャイロスコープセンサーの動作原理は、振動ジャイロスコープセンサーの動作を観察することで理解できます。

このセンサーは、二重のT構造の結晶材料で構成された内部振動要素で構成されています。この構造は、中央に「センシングアーム」が取り付けられ、両側に「ドライブアーム」が取り付けられた静止部分で構成されています。

この二重T構造は対称です。交流振動電界がドライブアームに印加されると、連続的な横方向の振動が発生します。ドライブアームは対称であるため、一方のアームが左に移動すると、もう一方のアームが右に移動し、漏れる振動が相殺されます。これにより、静止部分が中央に保たれ、センシングアームは静止したままになります。

センサーに外部回転力がかかると、ドライブアームに垂直方向の振動が発生します。これにより、ドライブアームが上下方向に振動し、中央の静止部に回転力が作用します。

静止部分の回転は、センシングアームの垂直方向の振動につながります。センシングアームで発生するこれらの振動は、電荷の変化として測定されます。この変化は、センサーに加えられた外部回転力を角回転として測定するために使用されます。

タイプ

技術の進歩により、高精度で信頼性の高い小型デバイスが製造されています。ジャイロスコープセンサーの統合により、3D空間での向きと動きのより正確な測定が可能になりました。ジャイロスコープは、さまざまなサイズでさまざまなパフォーマンスで利用できます。

ジャイロスコープセンサーは、サイズに基づいて、小さいサイズと大きいサイズに分けられます。ジャイロスコープセンサーの階層は、大きいものから小さいものまで、リングレーザージャイロスコープ、光ファイバージャイロスコープ、流体ジャイロスコープ、振動ジャイロスコープとしてリストできます。

小型で使いやすい振動ジャイロスコープが最も人気があります。振動ジャイロスコープの精度は、センサーに使用されている固定要素の材料と構造の違いによって異なります。そのため、メーカーは振動ジャイロスコープの精度を高めるためにさまざまな材料と構造を使用しています。

振動ジャイロスコープの種類

圧電トランスデューサーの場合、センサーの静止部分には水晶やセラミックなどの材料が使用されます。ここでは、ダブルT構造のような結晶材料構造には、音叉とH型音叉が使用されます。セラミック材料を使用する場合は、プリズム構造または柱状構造が選択されます。

振動ジャイロスコープセンサーの特性には、スケールファクター、温度-周波数係数、コンパクトサイズ、耐衝撃性、安定性、ノイズ特性が含まれます。

モバイルのジャイロスコープセンサー

今日の優れたユーザーエクスペリエンスを促進するために、スマートフォンにはさまざまなタイプのセンサーが組み込まれています。これらのセンサーは、周囲の電話情報も提供し、バッテリー寿命の延長にも役立ちます。

Steve Jobsは、家電製品でジャイロスコープ技術を最初に使用した企業です。 Apple iPhoneは、ジャイロスコープセンサーテクノロジーを搭載した最初のスマートフォンでした。スマートフォンのジャイロスコープの助けを借りて、私たちは携帯電話で動きやジェスチャーを検出することができます。スマートフォンには通常、振動ジャイロスコープセンサーの電子バージョンがあります。

ジャイロスコープセンサーモバイルアプリ

ジャイロスコープセンサーアプリは、携帯電話の傾きと向きを検出するのに役立ちます。ジャイロスコープセンサーアプリは、ジャイロスコープセンサーを備えていない古いスマートフォンに役立ちます。

XposedモジュールのGyroEmuなどのアプリは、電話にある加速度計と磁力計を利用して、ジャイロスコープセンサーをシミュレートします。ジャイロスコープセンサーは、主にスマートフォンでハイテクARゲームをプレイするために使用されます。

アプリケーション

ジャイロスコープセンサーは、さまざまなアプリケーションに使用されます。リングレーザージャイロは航空機とソースシャトルで使用されますが、光ファイバージャイロはレースカーとモーターボートで使用されます。

振動ジャイロスコープセンサーは、カーナビゲーションシステム、車両の横滑り防止装置、モバイルゲームのモーションセンシング、デジタルカメラの手ぶれ検出システム、無線制御ヘリコプターで使用されます、ロボットシステムなど…

すべてのアプリケーションでのジャイロスコープセンサーの主な機能は、角速度検知、角度検知、および制御メカニズムです。カメラの画像のぼやけは、ジャイロスコープセンサーベースの光学式手ぶれ補正システムを使用して補正できます。

開発者は、その動作と特性を理解することにより、ワイヤレスマウスのジェスチャーベースの制御、車椅子の方向制御、システムを構築するなど、多くの効率的で低コストの製品を設計しています。ジェスチャーコマンドなどを使用して外部デバイスを制御する…

多くの新しいアプリケーションが作成されており、デバイスを制御するコマンドとしてジェスチャーを使用する方法が変わります。市場で入手可能なジャイロスコープセンサーには、MAX21000、MAX21001、MAX21003、MAX21100があります。どのモバイルアプリ。携帯電話でジャイロスコープセンサーをシミュレートしたことがありますか？