גירוסקופ מבנה רוטט

גירוסקופ מבנה רוטט, המוגדר על ידי ה-IEEE כגירוסקופ קוריוליס רוטט (CVG), הוא גירוסקופ המשתמש במסה רוטטת כדי לקבוע את קצב הסיבוב.

העיקרון הפיזיקלי הבסיסי הוא שעצם רוטט נוטה להמשיך ולרטוט באותו מישור גם אם סביבת התמיכה שלו מסתובבת. אפקט קוריוליס גורם לעצם להפעיל כוח על סביבת התמיכה שלו, ועל ידי מדידת כוח זה ניתן לקבוע את קצב הסיבוב.

גירוסקופים של מבנה רוטט פשוטים וזולים יותר מגירוסקופים מכניים קונבנציונליים בעלי דיוק דומה. גירוסקופים של מבנה רוטט זולים המיוצרים בטכנולוגיית MEMS נמצאים בשימוש נרחב בסמארטפונים, מכשירי משחק, מצלמות ויישומים רבים אחרים.

עקרון פעולה

בהינתן מסה $m$ הנעה במהירות קווית $v$ ביחס למערכת המסתובבת במהירות זוויתית $\Omega$ מוגדר הכח המדומה, כח קוריוליס:

$$\ {\vec {F}}_{c}=-2m{\vec {\Omega }}\times {\vec {v}}$$

בגירוסקופ מבנה רוטט, כאשר המסה רוטטת בתדר $\omega _{r}$, המיקום שלה מוגדר $X_{\text{ip}}\sin(\omega _{r}t)$ ולכן המהירות, שהיא נגזרת המיקום, מוגדרת ${\vec {v}}=X_{\text{ip}}\omega _{r}\cos(\omega _{r}t)$. בנוסף, קיים קפיץ בעל קבוע $k_{\text{op}}$, שמתנגד לתנועת המסה בכיוון הניצב לסיבוב המערכת ולרטיטת המסה, כיוון כח קוריוליס. התנועה בכיוון כח קוריוליס $y_{\text{op}}$, המושרה על ידי הסיבוב, מתוארת על ידי:

$y_{\text{op}}={\frac {F_{c}}{k_{\text{op}}}}={\frac {1}{k_{\text{op}}}}2m\Omega X_{\text{ip}}\omega _{r}\cos(\omega _{r}t)$

על ידי מדידה $y_{\text{op}}$, נוכל לפיכך לקבוע את קצב הסיבוב $\Omega$ .

שגיאות מדידה

כמו בכל מכשיר מדידה פיזיקלי, גם ל-CVG יש שגיאות מדידה. אף על פי שאי אפשר לדעת את מודל השגיאה המדויק אשר ייצג את השגיאה כהוויתה, מקובל להשתמש במודל שגיאה חלקי הכולל פולינום מסדר ראשון בתוספת רעש לבן על מנת לבטא את שגיאות המדידה המשמעותיות.

מודל מתמטי

מודל השגיאה הפשוט הוא:

${\tilde {\omega }}=d+SF\cdot {\omega }+n(0,\sigma )$

שימושים

גירוסקופים של מערכות מיקרואלקטרונית מכניות (MEMS) זולות הפכו לזמינות, אלה ארוזים בדומה למעגלים משולבים אחרים ועשויים לספק פלט אנלוגי או דיגיטלי. במקרים רבים, מדיד בודד כולל מספר חיישנים גירוסקופיים למספר צירים, מדידים מסוימים משלבים גירוסקופים ומדדי תאוצה מרובים (או גירוסקופים ומדדי תאוצה מרובי צירים), כדי להשיג פלט שיש לו שש דרגות חופש מלאות, יחידות אלה נקראות יחידות מדידה אינרציאליות (IMUs).

מבחינה פנימית, גירוסקופים של MEMS משתמשים בגרסאות של אחד או יותר מהמנגנונים המשתמשים בעקרון הפעולה של מסה רוטטת., בדומה ל-TFG, CRG או HRG.

ראו גם

• FOG
• HRG
• RLG