ژيروسكوپ مکانيکي

كلمه ژیروسكوپ از دو كلمه Gyro به معنای دوران و Scope به معنای نشان دادن تشكیل شده است لذا آنرا دوران نما می توان گفت كه وظیفه خود یعنی نمایش دوران را بیان می كند.

ژیروسكوپها سنسورهایی می باشند كه ما از آنها جهت به دست آوردن سرعت زاویه ای و موقعیت زاویه ای استفاده می كنیم با پردازش این اطلاعات می توان موقعیت كلی جسم را نیز بر اساس محاسبات به دست آورد ژیروسكوپ عضو اصلی سیستمهای هدایت اینرسی می باشد. سیستم هدایت اینرسی كه در ناوبری اینرسی مورد استفاده قرار می گیرند سیستمهایی هستند كه جهت مشخص كردن موقعیت یك متحرك مانند وضعیت هوایی یا كشتی با استفاده از متغییر های اینرسی آن مثل سرعت و شتاب كه این امر از طریق اندازه گیری این كمیتها توسط حس كننده اینرسی انجام می گیرد. در حالت كلی سیستم هدایت اینرسی عبارت است از ژیروسكوپ ها و شتاب‌سنجها كه بر روی پایه ثبات اینرسی نصب می شوند.

ژیروسكوپ مکانیکی

 

ژیروسكوپ مکانیکی

وظیفه اصلی ژیروسكوپ ها ایجاد یك دستگاه مختصات مرجع است و شتاب سنجها شتاب متحرك در امتداد چنین محورهایی اندازه می گیرند. كه این شتاب می تواند نسبت به دستگاه مرجع اینرسی یا دستگاه مرجع دیگری مثل دستگاه متصل به زمین باشد.

در ادامه به شرح مبانی علمی سنسور پرداخته و محصولات موجود در بازار را بررسی می نماییم
2- مبانی علمی و فنی:

طبق اصل بقای اندازه حركت زاویه ای هر جسم در حال چرخش متقارن سعی دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ كند. لذا اگر یك جسم با وزن زیاد متقارن را با دور بالا بچرخانیم و اطراف آنرا با یاتاقان و بلبرینگ آزاد بگذاریم كه نیروهای خارجی بر آن اعمال نشود. با چرخش قاب سیستم جهت چرخش جسم دوار تغییر نمی‌كند، لذا می توانیم بدین وسیله در اجسام متحرك جهت ثابتی داشته باشیم كه وضعیت فعلی خود را در هر لحظه با آن مقایسه نماییم و لذا موقعیت زاویه ای و با محاسبه سرعت تغییر سرعت زاویه ای را به دست آوریم.

عضو اصلی ژیروسكوپ های مكانیكی، یك دستگاه دوار یا روتور است كه معمولاَ با سرعت زیاد حول محور تقارن خود دوران می‌كند این سرعت از 3000 تا 300000 دور در دقیقه می باشد لذا در اثر اینرسی جرم دوار، اندازه حركت ( ممنتوم ) نسبتا بزرگی ایجاد می گردد.

اگر یاتاقان بندی محور چرخش را در طوقه ای معلق تعبیه كنیم به نحوی كه گشتاور خارجی به آن وارد نگردد لذا علیرغم تمام حركتهای قاب، محور چرخش روتور همواره به جهت ثابتی استفاده می‌كند و موقعیت خود را در فضا حفظ می‌كند.

با این روش می توان جهت و یا محورهای ثابتی را برای وسیله نقلیه تعریف كرد كه هر گونه حركت زاویه ای نسبت به این محورها سنجیده شود.

1-2) خواص ژیروسكوپ

1-1-2) خاصیت صلبیت ژیروسكوپ:

ژیروسكوپ همانگونه كه اشاره شد از خاصیت صلبیت استفاده می كند، طبق قانون دوم نیوتن كه می گوید، مجموعه گشتاورهای خارجی وارد بر سیستم دوار حول یك نقطه مانند 0 برابر است با تغییرات زمانی اندازه حركت زاویه ای سیستم حول همان نقطه، لذا چون اندازه حركت زاویه ای سیستم برابر صفر است، مقدار و جهت بردار اندازه حركت زاویه ای ژیروسكوپ در فضای اینرسی ثابت می ماند.

2-1-2) حركت تقدیی:

چنانچه گشتاوری مانند M در راستایی غیر از راستای بردار ممنتوم زاویه ای به روتور اعمال شود، محور چرخش در راستای برداری عمود بر صفحه بردار گشتاور خارجی و ممنتوم زوایه ای دوران خواهد كرد. جهت دوران به این صورت است كه بردار ممنتوم زوایه ای همواره با طی زاویه كوچكتر به طرف بردار گشتاور خارجی بچرخد، لذا وقتی چرخ دوچرخه را به صورت عمود همانطور كه در فیلم مشخص است می چرخانیم نیروی وارد شده به آن طرف زمین موج چرخش دوچرخه دور خود می شود

2-2) انواع حركتهای متحرك در فضا:

هر متحرك در فضا 6 درجه آزادی دارد كه 3 حركت خطی و 3 حركت دورانی است برای مشخص نمودن حركت دورانی متحرك در فضا از 3 محور عمود بر هم استفاده می شود كه عبارتند از: محور رول یا محور طول، محور پیچ یا محور عرضی و محور یاو.

1-2-2) محور رول:

محور طولی یا محور جلو – عقب را محور رول می نامند و حركت رول یعنی دوران متحرك حول محور طولی خودش.

2-2-2) محور پیچ:

محور عرضی یا جنبی را محور پیچ گویند. و حركت پیچ دوران متحرك حول محور عرضی خودش است كه محوری افقی است و عمود بر محور طولی می باشد.

3-2-2) محور یاو:

محور عمود بر دو محور یاو و پیچ است و دوران متحرك حول این محور قائم را دوران یاو گویند.

3-2) سیستم ناوبری اینرسی

این سیستم مجموعه ی است از 3 ژیروسکوپ یک درجه آزادی و یا 2 ژیروسکوپ دو درجه آزادی و 3 شتاب سنج که جهت یجاد محور مختصات ینرسی و بدست آوردن سرعت و شتاب زاویه ی استفاده می شود. نمی کلی و بلوک دیاگرام آن در شکل هی پیین موجود است.

4-2) انواع محركهای روتور ژیروسكوپ

1-4-2) موتور الكتریكی:

در ژیروسكوپ ها معمولا از موتور الكتریكی استفاده می شود چرا كه نیاز به سرعت بسیار بالا در ابعاد كوچك است، معمولا در این موتور برای ایجاد ممنتوم بیشتر، روتور خارج استاتور قرار می گیرد.

2-4-2) محرك نخی یا تسمه ای:

در موشكها و مواردی كه در مدت زمان كوتاهی نیاز است استفاده می شود با كشیدن نخ یا تسمه روتور شروع به چرخش می نماید، این محرك در موشكهای برد كوتاه كاربرد دارد. از محرك نخی در موشك كبری و از محرك تسمه ای در موشك مالیوتكا استفاده می شود.

3-4-2) گاز تحت فشار

با دمیدن گاز در پرده های روتور، روتور با سرعت زیادی به چرخش در می آید، در موشك تاو استفاده شده است.

4-4-2) فنر

از فنر نیز جهت حركت محرك استفاده می شود، در بعضی از موارد برای رسیدن به سرعت بسیار بالا در زمان كم از تركیب فنر و موتور الكتریكی استفاده می شود.

5-4-2) چاشنیهای انفجاری

از چاشنیهای انفجاری نیز در داخل روتور استفاده می شود.

5-2) انواع ژیروسكوپ

به دلیل دقت و حساسیت كار معمولا از ژیروسكوپ با 3 درجه آزادی استفاده نمی شود از 3 ژیروسكوپ با یك درجه ازادی یا 2 ژیروسكوپ 2 درجه ازادی استفاده می شود.

1-5-2) ژیروسكوپ یك درجه آزادی

در این ژیروسكوپ روتور بجز حركت حول محور چرخش تنها حول یك محور دیگر می تواند چرخش كند. در امتداد یك محور كه طوقه داخلی باشد این حركت امكان پذیر است، این ژیروسكوپ چرخش تنها در یك محور را حس می كند.

1-1-5-2) ژیروسكوپ سرعتی

در این ژیروسكوپ عامل برگشت طوقه مجموعه دوار به وضعیت اولیه یک عنصر الاستیک مانند فنر است

1-1-5-2) ژیروسكوپ انتگرالی

در این ژیروسكوپ عامل برگشت طوقه مجموعه دوار به وضعیت اولیه دمپینگ سیال با لزجت بالا است

2-5-2) ژیروسكوپ دو درجه آزادی

این ژیروسكوپ علاوه بر محور چرخش روتور دارای دو محور دوران دیگر نیز می باشد كه توسط دو طوقه معلق درونی و بیرونی فراهم شده است. و حالت عادی محور چرخش و این دو محور بر هم عمودند. تكیه گاه طوقه داخلی در طوقه خارجی قراردارد. و طوقه خارجی نیز تكیه گاهی در بدنه ژیروسكوپ دارد و می تواند داخل آن حركت دورانی انجام دهد.

6-2) انواع ژیروسكوپ از نظر اتصال

1-6-2) ژیروسكوپ متصل به بدنه

در این نوع ژیروسكوپ به بدنه متصل می گردد و با بدنه حرکت می کند

2-6-2) ژیروسكوپ با پیه ثابت

در این نوع ژیروسكوپ به بدنه متصل نمی گردد و بر روی یک صفحه که حرکتهی بدنه را معکوس شبیه سازی می کند نصب می گردد و لذا همیشه موقعیت ثابت دارد. بسیار گران قیمت و دقیق است.

3- تولید کنندگان داخلی و بازار ایران:

در ایران این تجهیزات تنها کاربرد نظامی داشته و تولید آن منحصر به شرکتهای صنایع نظامی می باشد

موسسه جهاد تحقیقات در این زمینه فعالیت می نماید

اطلاعات تماس این شرکت عبارت است از : دفتر مرکزی ( 8554426 و 8554427 )و بخش فروش (8726500 و 8726503)

در زمینه تولید ژیروسکوپ شرکت سویاب صنعت با این موسسه همکاری می نمید که اطلاعات تماس این شرکت عبارت است از : 026233621 و محل ین شرکت جاده قدیم کرج خیابان سولیران می باشد

متاسفانه طی تماسهی اینجانب با در موسسه مزبور اعلام نمودند جهت دریافت اطلاعات باید از یک سازمان دولتی معرفی نامه و درخواست رسمی ارسال شود که این موضوع در توان اینجانب نبود
4- کاربردهی متنوع :

در هر وسیله ی که بخواهیم مرجع مختصات ینرسی داشته باشیم و موقعیت و سرعت زاویه ی و شتاب زاویه ی را داشته باشیم

کاربرد در وسایل نقلیه هوایی, فضایی و دریایی، هواپیما, موشک, ماهواره,سفینه فضایی, کشتی, زیردریایی و … دارد.

از پدیده ژیروسکوپی در موارد زیر نیز در کابردهی جدید استفاده می شود

Robotics

در رباتهی پیچیده که حفظ تعادل کاری بسیار مشکل است مانند ربات دوپا که می خواهد راه برود و یا رباتهای انسان نما از این سنسور استفاده می شود با استفاده از لینک بالا یک نمونه از این کاربردها را مشاهده نمایید

Segway Scooter

این وسیله یک اسکوتر است که با جلو و یا عقب رفتن بدن فردی سوار آن است حرکت کرده و یا می یستد ین وسیله به صورت خودکار وضعیت خود را بالانس می کند و با استفاده از 5 سنسور ژیروسکوپ خود را بالانس نموده و از افتادن جلوگیری می نمید

Wheel Chair

در این ویلچر فرد معلول امکان بالا و پایین رفتن از پله یا بلندیها را داشته و تعادل صندلی به هم نمی خورد

Computer Pointing Devices

Racing Cars

Motor Bikes

Virtual Reality

Monorail Trains

Artificial horizons / autopilot

Automotive Yaw Rate Sensor

Global Positioning System ( GPS-INS, RTK ) Dead-reckoning

Fluxgate Compass compensation

In-Car Navigation Systems

Mobile dish antenna stabilized platform

Mobile camera platform stabilisation

Simulators

Telematics / Fleet-management

Remote Control Vehicles

Inertial / Dynamic measurement units

Drive safety recorder (blackbox for car/marine)

AGV, wheelchair

Marine Satellite Compasses

Angle Wrench

Agricultural Tractors

Physiotherapy / therapeutic Equipment

-3D input devices

5- سنسور هوشمند :

اگر هوشمند را به معنی انجام محاسبات داخلی جهت اریه نتیج دقیق تر و با خطی کمتر بدانیم عموم ین سنسور ها هوشمند هستند چرا که با محاسبات بسیار زیاد داخلی نتیجه بسیار مناسب اریه کرده و در بازه زمانی خود را با سیستم GPS تنظیم مجدد می نمیند

نظرات بسته شده است، اما بازتاب و پینگ باز است.