Bir nesnenin yönünü ve konumunu belirlemek için çeşitli aygıtlar kullanılır. Bu sensörlerden en yaygın olanı jiroskop ve ivme ölçerdir.
Jiroskop, Dünya’nın yerçekimini kullanan bir cihazdır. Tabanın herhangi bir hareketinden bağımsız olarak yönünü korumak için ekseni bir veya daha fazla yönde serbestçe dönebilecek şekilde bir tabana monte edilmiş rotor adı verilen serbestçe dönen bir disk’e sahip olan bir cihazdır. Jiroskoplar ilk olarak 19. yüzyılda Fransız fizikçi Jean-Bernard-Léon Foucault tarafından icat edildi ve isimlendirildi.
Jiroskop, gimbals adı verilen hafif destek halkalarına sabitlenmiş büyük bir rotorun asılmasıyla yapılır. Merkezi rotoru dış torklardan izole eden sürtünmesiz yüksek kaliteli yataklardan meydana gelir. Bu rotorların her birinin yüksek kaliteli yatak yüzeylerine monte edilmesi, iç rotorun üzerine çok az tork uygulanabilmesini sağlar.”
Rotor, üç derecelik dönme serbestliğine sahiptir ve bir eksen etrafında dönmektedir. Merkezi rotorunun yüksek dönme eksenini koruduğu için yüksek hızlarda olağanüstü denge sağlar.
Jiroskop Çalışma prensibi
Jiroskop dış torklarla veya verilen eksen etrafındaki rotasyonlar ile uygulandığında, yönelim bir önceki fenomen ile ölçülebilir. Eksen etrafında dönen bir nesne, dönme eksenine dik bir yön boyunca dış torkla uygulandığında, öncelik oluşur.
Dönme ekseni etrafındaki bu dönme algılanır ve bu dönme hakkındaki bilgiler ters yönde tork uygulayan bir motora veya başka bir cihaza iletilir, böylece önleme iptal edilir ve oryantasyonu korur.
Birbirine dik olarak düzenlenmiş iki jiroskop kullanılarak da bu önleme engellenebilir. Dönme hızı, sabit zaman aralıklarında karşı tork darbesiyle ölçülebilir. Jiroskop, belirli bir eksen etrafında dönme hızını ölçerek etkinliğini korur.
Açısal momentum ve sağ el kuralı
Genel olarak, dönen bir gövdenin açısal momentumu, aşağıda gösterildiği gibi gösterilir.
L açısal momentum olduğunda, r merkezden yarıçaptır ve mxv nesnenin doğrusal momentumudur (m = nokta kütle ve v = doğrusal hız). (L) vektör kısmı dır. Açısal momentum vektörü neden yukarı doğru gösteriliyor?
Nesnenin gerçek fiziksel yönü nedeniyle mi? Evet, öyle. Açısal momentumun yönü, nesne döndükçe her durumda değişir. Tekerlek gibi dağınık bir kütle için atalet momenti devreye girer ve bunu daha iyi görselleştirebiliriz. Kendinizi dış kenarda bir nokta olarak kabul edin, şimdi eksene baktığınızda hangi yöne döndüğünüzü söyleyebilirsiniz. Saat yönünün tersine veya saat yönünde döndüğünü söyleyebiliriz.
İnsanlar bunu daha basit bir şekilde temsil etmek için bir kurala karar verdiler ve onu sağ el kuralı olarak adlandırdılar. Döndürme şekli şekilde gösterildiği gibi saat yönünün tersine doğruysa, ellerinizi dönme yönünde kıvırın, daha sonra baş parmağınızın yönü yukarı doğru ve tersi yönde olacaktır.
Jiroskop Uygulama Alanları
Jiroskoplar, teknelerde, uzay araçlarında ve uçaklarda pusulalarda kullanılır. Bir uçağın yuvarlanma ekseni etrafındaki dönüş hızını ölçerken, cisim stabilize olana kadar gerçek bir değer tanımlar. Jiroskop, açısal momentumun temel prensiplerini kullanarak, yönelimi belirtmeye yardımcı olur. Buna karşılık, ivmeölçer titreşime dayalı doğrusal ivme ölçer.
Uzay gemilerinde, jiroskopun eğirme merkezi, istenen hedefin yönlendirilmesine yardımcı olmak için bir oryantasyon noktası olarak kullanılır.
Büyük jiroskoplar, büyük tekneleri ve bazı uyduları sabitlemek için kullanılır. Bazı füzelerde yön verme sistemlerinde de kullanılırlar. Jiroskopların diğer uygulamaları, tünel madenciliğinde yönünü korumak için atalet navigasyon sistemleri ve jeo teodolitleri içerir.
Jiroskop Sensörü Kullanım Alanları
Son yıllarda titreşimli jiroskop algılayıcılar, dronlarda, akıllı telefonlarda, el bilgisayarlarında, bilgisayar çevre birimlerinde, sanal gerçeklik cihazlarında kompakt video ve fotoğraf makineleri için kamera sarsıntısı algılama sistemlerine, video oyunları için hareket algılamaya ve araç elektronik stabilite kontrol (kayma önleyici) sistemlerde, Jiroskop sensörü kullanımı artmıştır.
İlerki yıllarda araç sürücüsü güvenliği ve destek sistemleri gibi alanlarda ve robot hareket kontrolünde titreşim gyrosuna olan talebin artması bekleniyor.