Гироскопы
Что такое гироскоп
Гироскоп — это датчик, измеряющий угловую скорость относительно инерциальной системы отсчёта.
Такой датчик фиксирует все изменения ориентации, возникающие при поворотах объекта, на котором он установлен.
Поскольку сама Земля вращается, неподвижный гироскоп, расположенный на поверхности, регистрирует также скорость вращения Земли (порядка 15°/час).
Выходной сигнал гироскопа обычно выражается в градусах в секунду (°/с) или радианах в секунду (рад/с).
Как используются гироскопы
Угловые скорости, измеряемые гироскопом, интегрируются с высокой частотой, что позволяет точно восстанавливать ориентацию объекта в пространстве.
Этот принцип лежит в основе вертикальных гироскопических датчиков, AHRS и инерциальных навигационных систем (INS).
Гироскопы также применяются при определении положения и скорости в составе инерциальных навигационных систем вместе с акселерометрами.
Гироскопы высшего класса (например, замкнутые волоконно‑оптические) настолько точны, что способны измерять вращение Земли без длительной оценки нулевого смещения и определять курс без внешних опор по heading.
Такие датчики называют гирокомпасами. В практических системах также используются комбинированные методы определения курса, которые снижают требования к самому гироскопу и позволяют применять более компактные и экономичные технологии.
Принцип работы гироскопов
В современных инерциальных решениях используются два основных физических принципа измерения угловой скорости: эффект Кориолиса в МЭМС‑гироскопах и эффект Саньяка в оптических гироскопах.
Эффект Кориолиса (МЭМС‑гироскопы)
В МЭМС‑гироскопах используется эффект Кориолиса.
Если чувствительный элемент (масса или вибрирующая структура) колеблется вдоль оси X, то вращение вокруг перпендикулярной оси Z создаёт дополнительную силу, вызывающую смещение по оси Y.
В МЭМС‑архитектурах это реализуется в виде вибрирующих балок, рамок или колец. Параметры гироскопа зависят от размеров и качества МЭМС‑структуры, конструкции корпуса и алгоритмов обработки сигнала.
Соответствующие МЭМС‑решения Sensset
Для задач стабилизации, навигации и измерения угловых скоростей Sensset предлагает линейку МЭМС‑гироскопов:
- Раздел МЭМС‑гироскопов
- Одноосный МЭМС‑гироскоп SSG‑M102
- Двухосный МЭМС‑гироскоп SSG‑M200
Эффект Саньяка (оптические гироскопы)
Эффект Саньяка используется в оптических гироскопах, прежде всего волоконно‑оптических (ВОГ).
Два световых потока проходят по замкнутому контуру в противоположных направлениях — по и против часовой стрелки.
При отсутствии вращения пути равны, и фронты волн приходят одновременно. Если система вращается, один путь становится длиннее, другой короче, возникает фазовая разность, которая проявляется как интерференционная картина, по которой вычисляется угловая скорость.
Соответствующие оптические решения Sensset
Гироскопы Sensset в составе инерциальных систем
Гироскопы Sensset применяются как отдельно (для систем стабилизации, платформ, робототехники, БПЛА), так и в составе инерциальных измерительных модулей и навигационных систем.
Примером интегрированного решения является 6‑осевая инерциальная измерительная единица на МЭМС‑сенсорах, совмещающая три канала гироскопов и три канала акселерометров:
В таких системах гироскоп обеспечивает непрерывное измерение угловых скоростей, а совместная обработка с акселерометрами позволяет строить решения для навигации, ориентации и высокоточной стабилизации в промышленной технике, беспилотных платформах и специализированных измерительных комплексах.
