Gyroskop – Hilfreiche Navigationsgeräte
Gyroskope sind Geräte, deren Aufgabe es ist , die Winkelposition eines Objekts zu messen und aufrechtzuerhalten . Gyroskope werden am häufigsten bei Objekten eingesetzt, die sich normalerweise nicht sehr schnell um ihre Achse drehen. Luftfahrzeuge wie Flugzeuge und Hubschrauber drehen sich typischerweise um mehrere Grad um ihre Achse, beispielsweise bei einem Wendemanöver oder einer Höhenänderung (Kunstflugflüge ausgenommen). Durch die Erkennung dieser kleinen Abweichungen helfen Gyroskope dabei, den Flug des Flugzeugs zu stabilisieren, aber Änderungen in der Beschleunigung oder linearen Geschwindigkeit des Flugzeugs haben keinen Einfluss auf die Messung der Winkelabweichung des Flugzeugs. In MEMS-Technologie gebaute Gyroskope ermöglichen die Messung der Winkelgeschwindigkeit und nehmen wenig Platz ein. Solche Gyroskope können zur Bestimmung der Orientierung eines Objekts eingesetzt werden und werden erfolgreich in autonomen Navigationssystemen im Land- und Luftverkehr, auch im außerirdischen Weltraum, eingesetzt. Wie benutzt man ein Gyroskop am einfachsten? Stellen Sie sich ein Fahrradrad vor, das sich mit einer Umdrehung pro Sekunde dreht. Dies entspricht der Aussage, dass es sich mit einer Winkelgeschwindigkeit von 360 Grad pro Sekunde dreht. Wie kann man die Raddrehrichtung durch Messung überprüfen? Verwendung eines MEMS-Gyroskops, das eine dreidimensionale Messung des Drehwinkels ermöglicht – um die X-, Y- und Z-Achse. Es gibt auch Gyroskope, die eine Messung in einer oder zwei Achsen ermöglichen, aber auch dreiachsige Gyroskope in Form einer kleinen Platine mit Elektronik erwies sich als eine Lösung, die sich durch einen niedrigen Preis auszeichnete und gleichzeitig bei Heimwerkern sehr beliebt war. Ein Gyroskop ist ein Gerät, mit dem jeder Heimwerker und Elektronikanfänger vertraut sein sollte.
MEMS-Gyroskope – klein und praktisch
Wenn Sie Ihr Roboterdesign im Hinblick auf seine Gleichgewichtsstabilität beim Stoppen, Bewegen oder Stillstand auf einer unebenen Oberfläche entwickeln möchten, ist die Verwendung eines kleinen MEMS-Gyroskops eine hervorragende Lösung, das die Winkelabweichung des Roboters vom Gleichgewicht misst Position, sendet Informationen an Arduino, das entsprechende Motoren und Servomechanismen steuert, dem Roboter die richtige Position gibt und verhindert, dass er unbeabsichtigt umkippt. Wie funktioniert ein MEMS-Gyroskop? Der in diesen Geräten eingebaute Sensor hat Abmessungen, die den Durchmesser eines menschlichen Haares nicht überschreiten, und basiert auf dem Phänomen der mechanischen Resonanz. Wenn das Gyroskop gedreht wird, wandelt der MEMS-Sensor diese Bewegung in ein sehr niedriges Spannungssignal um, das proportional zum Drehwinkel ist. Anschließend wird dieses Signal verstärkt und an den Mikrocontroller übertragen, wo in Abhängigkeit vom gelesenen Spannungswert weitere Entscheidungen über das Programm getroffen werden.
Beschleunigungsmesser – einfache Messung der Beschleunigung
Beschleunigungsmesser sind Geräte, deren Aufgabe es ist, die Beschleunigung zu messen – eine Größe, die beschreibt, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines Objekts im Laufe der Zeit ändert. Beschleunigungsmesser sind hilfreiche Werkzeuge in Messsystemen zur Erkennung von Vibrationen des Prüfobjekts und in Navigationssystemen. Der Beschleunigungsmesser erfasst die statischen und dynamischen Auswirkungen der Beschleunigung. Zu den statischen Kräften gehört die Schwerkraft, zu den dynamischen Kräften gehören Vibration und Verschiebung. Beschleunigungsmesser können die Beschleunigung in einer, zwei oder drei Achsen eines Koordinatensystems messen, aber wie bei Gyroskopen steht die Drei-Achsen-Lösung im Vordergrund. Die Struktur eines typischen Beschleunigungsmessers umfasst mikroskopisch kleine Elektroden, die einen an Federn aufgehängten Kondensator bilden. Unter dem Einfluss der Beschleunigung bewegen sich die Elektroden relativ zueinander und verändern die Kapazität zwischen ihnen – die Geschwindigkeit dieser Veränderungen ermöglicht es, die Beschleunigung des Objekts zu bestimmen, an dem der Beschleunigungsmesser arbeitet. Es gibt auch piezoelektrische Beschleunigungsmesser, bei denen ein geeignetes Material unter dem Einfluss mechanischer Einwirkung eine elektrische Ladung auf seiner Oberfläche erzeugt – dieses Phänomen nutzt man unter anderem bei seismischen Messungen.
Magnetometer – für den Einsatz mit einem Gyroskop und Beschleunigungsmesser konzipiert
Unter den im Botland-Shop angebotenen MEMS-Sensoren finden Sie Geräte mit integriertem Gyroskop, Beschleunigungsmesser und Magnetometer – ein Gerät zur Messung der Magnetfeldstärke, das meist auf dem Hall-Effekt oder Magnetowiderstandsphänomen basiert. Wenn wir in einem Hall-Magnetometer eine Spannungsquelle an eine Metallplatte anschließen, erzeugen wir einen Stromfluss zwischen den beiden Oberflächen der Platte. Wenn wir eine Magnetfeldquelle (z. B. einen Magneten) in die Nähe der angetriebenen Platte bringen, verzerren wir den Elektronenflussweg auf der Plattenoberfläche. Dann wird eine Seite der Platte von Elektronen und die andere von Protonen besetzt. Nachdem wir ein Voltmeter zwischen beide Oberflächen der Platine angeschlossen haben, können wir die Spannung ablesen. Der Wert hängt von der Intensität des Magnetfelds und seiner Einflussrichtung im Raum ab. Das magnetoresistive Konzept eines Magnetometers verwendet jedoch Materialien, die gegenüber einem Magnetfeld empfindlich sind – häufig findet man eine Eisen-Nickel-Legierung. Solche Materialien verändern ihren Widerstand, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Die in unserem Angebot verfügbaren MEMS-Sensoren sind außerdem mit einer I2C-Schnittstelle ausgestattet, dank der Sie Ihr Gyroskop problemlos anschließen können, um beispielsweise mit Arduino oder Raspberry Pi zu arbeiten.
