Fonctionnement du capteur gyroscopique et ses applications

Systèmes microélectromécaniques , communément appelé MEMS, est la technologie de très petits dispositifs électromécaniques et mécaniques. Les progrès de la technologie MEMS nous ont aidés à développer des produits polyvalents. De nombreux dispositifs mécaniques tels que l'accéléromètre, le gyroscope, etc… peuvent désormais être utilisés avec l'électronique grand public. Cela a été possible avec la technologie MEMS. Ces capteurs sont emballés de la même manière que les autres circuits intégrés. Les accéléromètres et les gyroscopes se complètent donc, ils sont généralement utilisés ensemble. Un accéléromètre mesure l'accélération linéaire ou le mouvement directionnel d'un objet, tandis que le capteur gyroscopique mesure la vitesse angulaire ou l'inclinaison ou l'orientation latérale de l'objet. Des capteurs gyroscopiques pour plusieurs axes sont également disponibles.

Qu'est-ce qu'un capteur gyroscopique ?

Le capteur gyroscopique est un appareil qui peut mesurer et maintenir l'orientation et la vitesse angulaire d'un objet. Ceux-ci sont plus avancés que les accéléromètres. Ceux-ci peuvent mesurer l'inclinaison et l'orientation latérale de l'objet alors que l'accéléromètre ne peut mesurer que le mouvement linéaire.

Les capteurs gyroscopiques sont également appelés capteurs de vitesse angulaire ou capteurs de vitesse angulaire. Ces capteurs sont installés dans les applications où l'orientation de l'objet est difficile à détecter par les humains.

Mesurée en degrés par seconde, la vitesse angulaire est la variation de l'angle de rotation de l'objet par unité de temps.

Principe de fonctionnement du capteur gyroscopique

En plus de détecter la vitesse angulaire, les capteurs gyroscopiques peuvent également mesurer le mouvement de l'objet. Pour une détection de mouvement plus robuste et précise, dans l'électronique grand public, les capteurs gyroscopiques sont combinés avec des capteurs accéléromètres.

Selon la direction, il existe trois types de mesures de vitesse angulaire. Yaw- la rotation horizontale sur une surface plane lorsqu'on voit l'objet d'en haut, Pitch- Rotation verticale comme on voit l'objet de l'avant, Roll- la rotation horizontale lorsqu'on voit l'objet de l'avant.

Le concept de force de Coriolis est utilisé dans les capteurs Gyroscope. Dans ce capteur pour mesurer la vitesse angulaire, la vitesse de rotation du capteur est convertie en un signal électrique. Le principe de fonctionnement du capteur Gyroscope peut être compris en observant le fonctionnement du capteur Gyroscope à vibrations.

Ce capteur se compose d'un élément vibrant interne composé d'un matériau cristallin en forme de double structure en T. Cette structure comprend une partie fixe au centre avec un « bras de détection » qui y est attaché et un « bras d'entraînement » des deux côtés.

Cette structure en double T est symétrique. Lorsqu'un champ électrique de vibration alternative est appliqué aux bras d'entraînement, des vibrations latérales continues sont produites. Comme les bras d'entraînement sont symétriques, lorsqu'un bras se déplace vers la gauche, l'autre se déplace vers la droite, annulant ainsi les vibrations de fuite. Cela maintient la partie fixe au centre et le bras de détection reste statique.

Lorsque la force de rotation externe est appliquée au capteur, des vibrations verticales sont provoquées sur les bras d'entraînement. Cela conduit à la vibration des bras d'entraînement dans les directions ascendante et descendante en raison de laquelle une force de rotation agit sur la partie fixe au centre.

La rotation de la partie fixe entraîne des vibrations verticales dans les bras de détection. Ces vibrations provoquées dans le bras de détection sont mesurées comme un changement de charge électrique. Ce changement est utilisé pour mesurer la force de rotation externe appliquée au capteur en tant que rotation angulaire.

Types

Avec les avancées technologiques, des appareils très précis, fiables et miniatures sont fabriqués. Des mesures plus précises de l'orientation et du mouvement dans un espace 3D sont devenues possibles grâce à l'intégration du capteur Gyroscope. Les gyroscopes sont également disponibles en différentes tailles avec des performances différentes.

En fonction de leur taille, les capteurs gyroscopiques sont divisés en petits et grands. De grande à petite, la hiérarchie des capteurs de gyroscope peut être répertoriée comme un gyroscope laser à anneau, un gyroscope à fibre optique, un gyroscope à fluide et un gyroscope à vibrations.

Être petit et plus facile à utiliser Le gyroscope à vibration est le plus populaire. La précision du gyroscope à vibration dépend du matériau de l'élément fixe utilisé dans le capteur et des différences structurelles. Ainsi, les fabricants utilisent différents matériaux et structures pour augmenter la précision du gyroscope à vibrations.

Types de gyroscope à vibrations

Pour les transducteurs piézoélectriques, des matériaux tels que le cristal et la céramique sont utilisés pour la partie fixe du capteur. Ici, pour les structures de matériaux cristallins comme la structure en double T, le diapason et le diapason en forme de H sont utilisés. Lorsqu'un matériau céramique est utilisé, une structure prismatique ou colonnaire est choisie.

Les caractéristiques du capteur de gyroscope à vibrations incluent le facteur d'échelle, le coefficient température-fréquence, la taille compacte, la résistance aux chocs, la stabilité et les caractéristiques de bruit.

Capteur de gyroscope dans le mobile

Pour faciliter une bonne expérience utilisateur, les smartphones sont aujourd'hui équipés de différents types de capteurs. Ces capteurs fournissent également au téléphone des informations sur son environnement et contribuent également à augmenter la durée de vie de la batterie.

Steve Jobs a été le premier à utiliser la technologie Gyroscope dans l'électronique grand public. L'iPhone d'Apple a été le premier smartphone à disposer de la technologie de capteur Gyroscope. À l'aide du gyroscope du smartphone, nous pouvons détecter les mouvements et les gestes avec nos téléphones. Les smartphones ont généralement une version électronique du capteur de gyroscope à vibrations.

Application mobile de capteur de gyroscope

L'application Gyroscope Sensor permet de détecter l'inclinaison et l'orientation du téléphone mobile. L'application Gyroscope Sensor est utile pour les anciens smartphones qui n'ont pas de capteur Gyroscope.

Une application telle que GyroEmu un module Xposed utilise l'accéléromètre et le magnétomètre présents sur le téléphone pour simuler un capteur gyroscopique. Le capteur gyroscopique est principalement utilisé sur le smartphone pour jouer à des jeux AR de haute technologie.

Applications

Les capteurs gyroscopiques sont utilisés pour des applications polyvalentes. Les gyroscopes à laser annulaire sont utilisés dans les navettes d'avion et de source, tandis que les gyroscopes à fibre optique sont utilisés dans les voitures de course et les bateaux à moteur.

Les capteurs de vibration gyroscope sont utilisés dans les systèmes de navigation automobile, les systèmes de contrôle électronique de la stabilité des véhicules, la détection de mouvement pour les jeux mobiles, les systèmes de détection de tremblement de caméra dans les appareils photo numériques, les hélicoptères radiocommandés , Systèmes robotiques, etc…

Les principales fonctions du capteur gyroscopique pour toutes les applications sont la détection de la vitesse angulaire, la détection de l'angle et les mécanismes de contrôle. Le flou d'image dans les caméras peut être compensé en utilisant le système de stabilisation d'image optique basé sur un capteur gyroscopique.

En comprenant leur comportement et leurs caractéristiques, les développeurs conçoivent de nombreux produits efficaces et peu coûteux tels que le contrôle gestuel de la souris sans fil, le contrôle directionnel du fauteuil roulant, un système pour contrôler des appareils externes à l'aide de commandes gestuelles, etc…

De nombreuses nouvelles applications sont en cours de création et modifient la façon dont nous pouvons utiliser nos gestes comme commandes pour contrôler les appareils. Certains des capteurs de gyroscope disponibles sur le marché sont MAX21000, MAX21001, MAX21003, MAX21100. Quelle application mobile. avez-vous utilisé pour simuler le capteur de gyroscope sur votre téléphone portable ?