تو با خدای خود انداز کار و دل خوش دار

ژایروسکوپ

 

باید عرض کنم من ژایروسکوپ رو خیلی وقته می شناسم، اما پیش نیومده بودکه باهاش کار کنم. خوشبختانه به خاطر انجام یک پروژه، یک ژایرو در اختیار من قرار گرفت و این بهانه ای بود تا کمی راجع به اون در بلاگم بنویسم .
این پست هم به سفارش یکی خوانندگان بزرگوار تقدیم می شه که تکمیل شده پست مربوط به ژایروسکوپ است :

باز هم ژایروسکوپ :

چون این پست حجمش خیلی زیاده، من فقط سرفصل ها و منابع رو این جا میارم؛ جزییات رو در ادامه مطلب مطالعه بفرمایید:

    1-   مقدمه

    2-   مباني علمي و فني

    3-   مدارات بهسازي

    4-   توليد کنندگان

    5-   توليد کنندگان داخلي و بازار ايران

    6-   کاربردهي متنوع

    7-   سنسور هوشمند

منابع :

    *      سايت سازمان هوا و فضا آمريکا http://www.nasa.gov
    *      کتاب Space Vehicle Gyroscope sensor applications از سايت ناسا http://trs.nis.nasa.gov/archive/00000127/01/sp8096.pdf
    *      کتاب ژيروسکوپ تاليف مهندس امام جمعه دانشگاه علوم و صنايع دفاعي
    *      کتاب See How It Flies    بر روي سايت http://www.av8n.com/how/htm
    *      سايت http://www.gyroscopes.org
    *      بخش ژيروسکوپ سايت www.Howstuffworks.com
    *     http://www.ece.cmu.edu/~mems/pubs/ieee/mems01_gyro/mems01.pdf
*   مجله صنایع هوافضا
    *     سايتهاي توليد کنندگان ژايروسکوپ که برخي از آنها در بخش محصولات معرفي شد.

 

۱-مقدمه:

در تمام ومسايل حركتي اطلاع از موقعيت و زاويه جسم و سرعت آن زوايه اي امري ضروري است، چرا كه بدون اطلاع از وضعيت جسم كنترل آن به سمت هدف غير ممكن بوده و امري محال به نظر مي رسد. به دست آوردن اين اطلاعات از روي زمين كاري بسيار پيچيده در عين حال سخت و در بعضي موارد غير ممكن است، در صورت امكانپذيري تاخير زماني براي اجسامي مثل موشك حياتي بوده و موجب انحراف مسير موشك مي شود.

كلمه ژيروسكوپ از دو كلمه Gyro به معناي دوران و Scope به معناي نشان دادن تشكيل شده است لذا آنرا دوران نما مي توان گفت كه وظيفه خود يعني نمايش دوران را بيان مي كند.

ژيروسكوپها سنسورهايي مي باشند كه ما از آنها جهت به دست آوردن سرعت زاويه اي و موقعيت زاويه اي استفاده مي كنيم با پردازش اين اطلاعات مي توان موقعيت كلي جسم را نيز بر اساس محاسبات به دست آورد ژيروسكوپ عضو اصلي سيستمهاي هدايت اينرسي مي باشد. سيستم هدايت اينرسي كه در ناوبري اينرسي مورد استفاده قرار مي گيرند سيستمهايي هستند كه جهت مشخص كردن موقعيت يك متحرك مانند وضعيت هوايي يا كشتي با استفاده از متغيير هاي اينرسي آن مثل سرعت و شتاب كه اين امر از طريق اندازه گيري اين كميتها توسط حس كننده اينرسي انجام مي گيرد. در حالت كلي سيستم هدايت اينرسي عبارت است از ژيروسكوپ ها و شتاب‌سنجها كه بر روي پايه ثبات اينرسي نصب مي شوند.

وظيفه اصلي ژيروسكوپ ها ايجاد يك دستگاه مختصات مرجع است و شتاب سنجها شتاب متحرك در امتداد چنين محورهايي اندازه مي گيرند. كه اين شتاب مي تواند نسبت به دستگاه مرجع اينرسي يا دستگاه مرجع ديگري مثل دستگاه متصل به زمين باشد.

در ادامه به شرح مباني علمي سنسور پرداخته و محصولات موجود در بازار را بررسي مي نماييم

 

۲-مباني علمي و فني

وقتي كه كسي دوچرخه سواري را ياد مي گيرد، بي آن كه خود متوجه باشد از خاصيت ژيروسكوپ استفاده مي كند. همين طور وقتي كه شما در بازي فوتبال، توپ را به گردش در مي آوريد باز اين كار شما به ژيروسكوپ مربوط مي شود.
در جهان دانش، ژيروسكوپ به منزله قلب است كه در بسياري از دستگاه ها و ابزارهاي نيرومند، كار گذاشته شده است. مثلاً به كمك آن حتي كشتي هاي غول پيكر و هواپيماها نيز به حركت درمي آيند با اين همه، ژيروسكوپ به قدري ساده است كه دوچرخه و حتي فرفره و برخي ديگر از اسباب بازي هاي كودكان نيز بر اساس آن درست شده اند.
وقتي جسم گرداني (مثلاً توپ) را به حال خود رها كنيم، پيوسته در فضا، گِردِ محـور ثابتـي خواهد چرخيد. يعني آن كه شما مي توانيد يك خط موهوم را فرض كنيد كه از مركز آن «جسم گردان» گذشته، دايماً در جهت معيني به گردش خود ادامه مي دهد. اين حركت به خودي خود آن قدر ادامه مي يابد تا لحظه اي كه چيزي از خارج بيايد و جلوي آن را بگيرد. براي مثال، توپي كه بر محور معيني چرخش خود را آغاز كرده، بر همان محور ثابت مي ماند. مگر آن كه بادي تند بوزد و يا ضربه‌ مشتي بر آن وارد شود كه در اين صورت به مسير ديگري در خواهـد افتاد.

-یک مثال دیگر:

    فرفره كوچكي رابچرخانيد فرفره حول محورش و روي نوك تيزخود شروع به چرخش مي كند.بدون چرخش فرفره امكان ايستادن فرفره روي نوكش وجود ندارد.اين توضيح ساده مبناي كاركرد ژيروسكوپ هاي مكانيكي مي باشد و از اين منظر زمين يك ژيروسكوپ بزرگ است كه به علت دوران محور خود رادر فضا ثابت نگه      مي دارد.

حركت كره زمين نيز مثال ديگري است براي ژيروسكوپ.
    زمين مانند فرفره بسيار بزرگي است كه محور آن از قطب شمال به قطب جنوب امتداد يافته است. جهت اين محور هميشه ، چه در شب و چه در روز و در طول همه ايام سال ، و همه سال ها ، به سوي ستاره قطبي 

 

               .

                             زمین یک ژیروسکوپ بزرگ

میباشد.

محور ژيروسكوپ را محور چرخش مي نامند . 
   مي دانيد وقتي كه بخواهيد محور ژيروسكوپ را تغيير بدهيد يك چيز جالب در آن جا رخ خواهد داد؟ فرض كنيد، محور چرخش افقي است. حالا فشاري بر نوك آن وارد آورده، مي خواهيد محور را به وضـع عمودي در آوريد. اما ناگهان متوجه مي شويد كه حركت آن هرگز طبق انتظار شما تغيير نمي يابد، بلكه نسبت به نيروي حاصل از فشار عمودي شما پيوسته در زاويه هاي قائمه اي به حركت خود ادامه مي دهد. پس مي بينيم كه محور، همچنان به طور افقي حركت مي كند. به همين دليل است كه دوچرخه سوار وقتي كه حس مي كند دارد به طرف راست مي افتد چرخ را اندكي به همان طرف راست متمايل مي گرداند. در اين طرف صورت، چرخ متحرك دوچرخه بر بدنه آن، نيرويي به صورت زاويه قائمه، وارد مي آورد. آن گاه به جاي آن كه دوچرخه سوار به سمت راست فرو افتد حركت خود را به پيش ادامه مي دهد و در ضمن چرخ هم راست مي شود.
با كنترل اين نيروهاست كه دانشمندان توانسته اند به كمك «ژيروسكوپ» اژدرافكن و دستگاه هاي بمب افكن خودكار را به كار اندازند. در يك هواي طوفاني، ژيروسكوپ تنها دستگاهي است كه هواپيما را به حالت ثابت نگه مي دارد. پس ژيروسكوپ در هوانوردي نيز ارزش بسيار دارد.
همين گونه اگر مي بينيد كه كشتي در درياي پرتلاطم واژگون نمي شود باز اين فايده‌ ژيروسكوپ هاي بزرگ و نيرومندي است كه در زير بدنه كشتي نصب شده اند و امواج شديد و پياپي دريا را خنثي مي كنند.

- دلیل چیست؟

   طبق اصل بقاي اندازه حركت زاويه اي هر جسم متقارن در حال چرخش سعي دارد جهت خود را همواره حفظ كند از اينرو اگر يك جسم متقارن رابا دور بالا بچرخانيم واطراف انرا با ياتاقان و بلبرينگ ازاد بگذاريم كه نيروهاي خارجي بر ان اعمال نشود با چرخش قابي كه جسم درون ان دوران مي كند جهت چرخش جسم دوار تغيير نمي كند. بنا براين ميتوانيم با كمك اين وسيله در اجسام متحرك جهت ثابتي داشته باشيم كه وضعيت فعلي خود را در هر لحظه با ان مقايسه نماييم و لذا موقعيت زاويه اي و بامحاسبه سرعت تغييرسرعت زاويه اي را بدست اوريم.

  عضو اصلي ژيروسكوپ هاي مكانيكي يك دستگاه دوار يا روتور است كه معمولا با سرعت زيادحول محور تقارن خود دوران مي كند اين سرعت از 3000 تا 300000 دور در دقيقه ميباشد لذا در اثر اينرسي جرم دوار اندازه حركت نسبتا بزرگي ايجاد مي شود.اگر ياتاقان بندي محور چرخش را در طوقه اي معلق تعبيه كنيم به نحوي كه گشتاور خارجي به ان وارد نشود با تمام وجود حركت هاي قاب محور چرخش روتور همواره به جهت ثابتي اشاره مي كند و موقعي تخود را در فضا حفظ ميكند.با اين روش مي توان جهت ويا محور هاي ثابتي را براي وسيله نقليه تعريف كرد كه هر گونه حركت زاويه اي نسبت به اين محورها سنجيده شود.

                                                         متحرک روتور

 - انواع متحرک های روتور:

۱)موتور الكتريكي:

    در ژيروسكوپ ها معمولا از موتور الكتريكي استفاده مي شود چرا كه نياز به سرعت بسيار بالا در ابعاد كوچك است، معمولا در اين موتور براي ايجاد ممنتوم بيشتر، روتور خارج استاتور قرار مي گيرد.

 ۲)محرك نخي يا تسمه اي:

            در موشكها و مواردي كه در مدت زمان كوتاهي نياز است استفاده مي شود با كشيدن نخ يا تسمه روتور شروع به چرخش مي نمايد، اين محرك در موشكهاي برد كوتاه كاربرد دارد. از محرك نخي در موشك كبري و از محرك تسمه اي در موشك ماليوتكا استفاده مي شود.

 ۳) گاز تحت فشار:

      با دميدن گاز در پرده هاي روتور، روتور با سرعت زيادي به چرخش در مي آيد، در موشك تاو استفاده شده است.

 ۴)فنر :

از فنر نيز جهت حركت محرك استفاده مي شود، در بعضي از موارد براي رسيدن به سرعت بسيار بالا در زمان كم از تركيب فنر و موتور الكتريكي استفاده مي شود.

 ۵)چاشنيهاي انفجاري :

   از چاشنيهاي انفجاري نيز در داخل روتور استفاده مي شود.

-تاریخچه:

     كلمه ژيروسكوپ واژه اي يوناني است كه از دو بخش جايرو به معناي دوران واسكوپ به معناي نشان دادن است.به اين ترتيب معناي تحت الفظي ان دوران نما است كه بيانگر وظيفه ان نيز مي باشد .نخستين پديده ژيرو سكوپي 125 سال قبل ازميلاد حضرت مسيح توسط  ابرخوس كشف شد.تا زمان نيوتن يعني اواخر قرن هفدهم ميلادي تحول چنداني در اين خصوص صورت نگرفت.اما قرن هيجدهم ميلادي برخي محققين مانند اويلر تحقيقات قابل ملاحظه اي در ديناميك اجسام دوار صورت دادند.در همين قرن در انگلستان درباره ايجاد يك افق مصنوعي براي كشتي ها برسي هايي به عمل امد.به اين منظور از يك قرقره دوار استفاده شد كه يك اينه مسطح عمود بر امتداد محور چرخش ان قرار داشت.

                             

                                                        ابرخوس  دانشمند یونانی

 

 در اواسط قرن نوزدهم فوكو دانشمند فرانسوي براينشان دادن دوران زمين از يك ژيروسكوپ استفاده كرد كه اين كار به علت نداشتن يك موتور الكتريكي مناسب  به شكل دقيقي انجام نگرفت.همين دانشمند بود كه براي نخستين باردر سال 1852 ميلادي نام ژيروسكوپ را براي ان برگزيد.در سال 1900 شخصي الماني به نام انشوش كامف تصميم به ساختن زير دريايي براي كاوش در قطب شمال گرفت.اما وسايل دقيق  براي اين كار وجود نداشت.به ويژه قطب نماهاي مغناطيسي در محدوده قطب شمال به دليل وجود ميدان هاي مغناطيسي قوي از دقت وعملكرد صحيح مي افتادند.از اين رو تلاش كرد تا قطب نماي ديگري كه مستقل ازخواص مغناطيسي عمل كند بسازد.تلاش وي منجر به ساخت قطب نمايي شد كه بر اساس خواص ژيروسكوپي كار مي كردو ان را قطب نماي ژيروسكوپي نام نهادند.اين قطب نما در واقع نخستين وسيله دقيق هدايت و راهيابي استكه بر اساس اصول اينرسي كار مي كرد.پيشرفت صنعت و پديدار شدن وسايل نقليه فضايي لزوم ابداع و هدايت و كنترل دقيق را بيش از پيش اشكار ساخت.به ويژه وقوع جنگ جهاني اول و دوم و توليد نسل هاي جديد انواع هواپيماها و موشك ها دانشمندان و محققين را به نحو بارزي بر ان داشت تا در زمينه ابداع وسايل نقليه دقيقترو با كيفيت بالاتر تلاش بيشتري صورت دهند.

قدم اساسي در اين زمينه طي جنگ جهاني دوم در دانشگاه ام.اي.تي امريكا برداشته شد كه تحت سرپرستي شخصي به نام چارلز دراپرژيروسكوپ هايي دقيق و كوچك براي نصب روي هواپيما ساخته شدكه به خاطر همين تلاش هايش اورااقاي جايرو لقب نهادند.پس از جنگ جهاني دوم روش هدايت وناوبري اينرسي به عنوان روشي دقيق و قابل اعتماد براي هدايت وسايل فضايي ساخته شد.نخستين سامانه هدايت كه به طور كامل بر مبناي اصول اينرسي توسط ژيروسكوپ ها و شتاب سنج ها عمل مي كردو در ان از ياتاقان هاي گازي براي تعليق طوقه ها استفاده شده بود درسال 1950 مورد ازمايش پروازي قرار گرفت.

امروزه نيز سامانه هدايت اينرسي به عنوان يكي از مهمترين روش هابراي هدايت و كنترل در امر هوانوردي و فضانوردي و همچنين هدايت موشك ها كشتي ها و  زير دريايي ها به طور گسترده مورد استفاده قرار داردو به اين امر انواع مختلفي از ژيروسكوپ ها و شتاب سنج ها  اختراع شده اندكه به اختصار انواع انها را توضيح خواهيم داد.

- انواع حركتهاي متحرك در فضا:

   هر متحرك در فضا 6 درجه آزادي دارد كه 3 حركت خطي و 3 حركت دوراني است براي مشخص نمودن حركت دوراني متحرك در فضا از 3 محور عمود بر هم استفاده مي شود كه عبارتند از:  محور رول يا محور طول، محور پيچ يا محور عرضي و محور ياو.

 - محور رول:

 محور طولي يا محور جلو عقب را محور رول مي نامند و حركت رول يعني دوران متحرك حول محورطولي خودش.

 - محور پيچ: 

 محور عرضي يا جنبي را محور پيچ گويند. و حركت پيچ دوران متحرك حول محور عرضي خودش است كه محوري افقي است و عمود بر محور طولي مي باشد.

  - محور ياو: 

 محور عمود بر دو محور ياو و پيچ است و دوران متحرك حول اين محور قائم را دوران ياو گويند.

 
XY صفحه
ZX  صفحه
YZ صفحه
حرکت
it yaws
it pitches
it rolls
زاويه
the heading
the pitch attitude
the bank attitude

 به دليل دقت و حساسيت كار معمولا از ژيروسكوپ با 3 درجه آزادي استفاده نمي شود از 3 ژيروسكوپ با يك درجه ازادي يا 2 ژيروسكوپ 2 درجه ازادي استفاده مي شود.

 -ساختمان اساسي انواع ژيروسكوپ:

  ژيرو سكوپ ها از نظر ساختمان به دو دسته "يك درجه ازادي"و "دو درجه ازادي" تقسيم مي شوند كه در اين تقسيم بندي ها توانايي حركت روتور نسبت به بدنه يا چارچوب ژيروسكوپ مورد نظر است.

 اگرروتورعلاوه برحركت دوراني خود حول محور چرخش بتواند حول يك محور ديگر دوران كند به ان ژيروسكوپ يك درجه ازادي مي گويند وچنانچه بتوتند حول دو محور ديگر دوران كند به ان ژيروسكوپ دو درجه ازادي اطلاق مي شود.

-ژيروسكوپ دودرجه ازادي:

    ژيروسكوپ دو درجه ازادي نخستين نوع ژيروسكوپ است وبيشتر در سامانه هاي  كنرل اتش وسايل كنترل موقعيت و قطب نماهاي ژيروسكوپي از ان استفاده مي شود.اين ژيروسكوپ را ژيروسكوپ دو محوره يا ژيروسكوپ سه بدنه اي نيز مي نامند.اين نوع ژيروسكوپ افزون بر محور چرخش رتور داراي دو محور دوران ديگر نيز مي باشد كه توسط دو عدد طوقه معلق دروني و بيروني فراهم شده است و در حالت عادي محور چرخش و اين دو محور نسبت به هم متماعد هستند.مجموعه طوقه داخل(كه در واقع تكيه گاه محور چرخش را فراهم مي كند) محور چرخش و روتور را مجموعه دوار مي گويند.تكيه گاه هاي طوقه داخلي در طوقه خارجي قرار دارد كه مي تواند در ان دوران كند.طوقه خارجي نيز به نوبه خود درون تكيه گاه هايي قرار دارد كه در بدنه ژيروسكوپ تعبيه شده و مي تواند داخل ان ها حركت دوراني داشته باشد.براي اندازه گيري حركت هاي محور چرخش حول دو محور طوقه داخلي و خارجي از نوع حس كننده- كه در امتداد اين محورها سوار شده است- استفاده مي شود.همچنين براي ايجاد حركت هاي عمدي ومشخس و اندازه گيري شده

محور چرخش حول اين دو محوراز وسايل محركه مختلفي مانند مولد گشتاوراستفاده مي شود.

                                                                         

                                          ژیروسکوپ دو درجه ازادی

-ژيروسكوپ يك درجه ازادي:

ژيروسكوپ يك درجه ازادي نوع تكميل شده ژيروسكوپ دو درجه ازادي بوده و پس از ان بوجود امده است.در اين نوع ژيروسكوپ سه محور متعامد مشخص وجود دارد كه عبارتند از محور ورودي (كه بدنه حول ان دوران مي كند)محور خروجي(كه محور دوران طوقه نسبت به بدنه است)ومحور چرخش.در ابتدا اين سه محور كاملا بر هم عمودند.روتور اين نوع ژيروسكوپ به جز حركت حول محور چرخش تنها ميتواند حول يك امتداد ديگر يعني امتداد محور طوقه داخلي دوران نمايد(نسبت به بدنه جايرو) .ژيروسكوپ يك درجه ازادي را ميتوان در حالت كلي به سه دسته تقسيم كرد:

ژيروسكوپ هاي سرعتي:

در اين نوع عامل بازگرداندن طوقه مجموعه دوار به وضعيت اوليه يك عنصر الاستيك مانند فنر است و براي تعيين سرعت زاويه اي وسيله نقليه اي – كه ژيروسكوپ روي ان سوار شده – به كار مي رود  و در چنين حالتي محور ورودي عمود  بر دو محور چرخش و طوقه است.

   

                     ژیروسکوپ سرعتی نمونه ای از ژیروسکوپ های یک درجه ازادی

ژيروسكوپ هاي مقيد:

چناچه در ژيروسكوپ انتگرالي از سيال  با لزجت كم ويا گاز استفاده شود در اين صورت واكنش قابل توجهي به عنوان  گشتاور ناشي  از دمپينگ سيال نداريم و تنها عاملي كه سعي مي كند از خارج شدن طوقه از وضعيت اوليه جلوگيري كند واكنش اينرسي مجموعه دوار است.به چنين ژيروسكوپ هايي ژيروسكوپ غير مقيد مي گويند.

ژيروسكوپ هاي انتگرالي:

در اين نوع عامل اصلي مقاومت در برابر دوران طوقه مجموعه دوار حول محور خودش نسبت به بدنه ژيروسكوپ گشتاور ناشي از دمپينگ سيالي با لزجت بالا است و براي اندازه گيري جا به جايي دوراني به كار ميرود.در اين نوع ژيروسكوپ چون مجموعه در يك سيال شناور است اصطكاك تكيه گاه هاي محور خروجي كاهش مي يابد و در نتيجه خطاي ژيروسكوپ كم مي شود.

                                                          ژیروسکوپ انتگرالی

- تقسيم بندي ژيروسكوپ ها:

علاوه بر تقسيم بندي بر حسب درجات تعداد ازادي ژيروسكوپ ها را مي توان بر حسب نوع كاربرد نيز تقسيم بندي نمود.بر اين مبنا ژيروسكوپ ها به چهار رده تقسيم مي شوند.

 - ژيروسكوپ هايي كه در بخش هدايت و ناوبري كاربرد دارند:

وظيفه اصلي اين ژيروسكوپ ها ايجاد امتداد هايي معين در فضاي اينرسي است . اين نوع ژيروسكوپ ها بسيار دقيق بوده و توانايي حس كنندگي بالايي دارند.خطاي انها كم بوده و بيشتر در هواپيماها بالگردها فضاپيماها و موشك هاي دوربرد به كارمي روند.

 - ژيروسكوپ هايي كه در بخش پايداري و كنترل به كار مي روند:

وظيفه اصلي اين ژيروسكوپ ها حس كردن و كنترل حركت هاي زاويه اي است.اين ژيروسكوپ ها نياز به دقت هاي به كار رفته در ژيروسكوپ هاي نوع قبل را ندارنداين نوع ژيروسكوپ ها در هواپيماها و موشك ها به كار مي رود كه البته وظيفه انها نسبت به ژيروسكوپ هاي هدايت و ناوبري متفاوت است.

- ژيروسكوپ هايي كه دردرگيري هدف يابي و در پايداري  و كنترل انتن وسايل فضايي به كار مي روند.

اين نوع ژيروسكوپ در موشك هايي كه صفحه رادار انها روي هدف قفل مي شود و به اين ترتيب موشك را تارسيدن به هدف هدايت مي كند- كاربرد دارد.

- ژيروسكوپ هايي كه براي تجزيه وتحليل اطلاعات پروازي (در حين پرواز يا پس از ان) به كار مي روند.

-انواع ژيروسكوپ:

- ژيروسكوپ DTG

  اين ژيروسكوپ كه بر اساس اندازه حركت زاويه اي عمل مي كند تقريبا در سال 1960 ابداع شد.در اين ژيروسكوپ عامل اصلي دوران يك موتور الكتريكي است كه محور دوران ان توسط يك زوج ميله – كه خاصيت فنر پيچشي دارند – به طوقه متصل شده است.خود طوقه نيز توسط زوج ميله ديگري با خاصيت فنر پيچشي به روتور –كه بر خلاف انواع پيشين در قسمت بيروني طوقه قرار دارد-متصل است.خاصيت اين دو زوج ميله هاي فنري اين است كه در يك سرعت خاص از دوران- كه به ان حالت "تشديد" مي گويند-عملكرد ان ها به گونه اي است كه دستگاه مانند يك ژيروسكوپ روتور ازاد عمل مي كند.اين ژيروسكوپ ها از نظر ابعاد بسيار كوچك و سبك هستند.

-ژيروسكوپ هاي ليزري:

  اين ژيروسكوپ برخلاف ژيروسكوپ هاي قبلي داراي هيچ جسم متحركي كه ايجاد اندازه حركت خطي يا زاويه اي كند نيست.لكن ازانجا كه كاربرد ان شبيه ژيروسكوپ هاي معمولي براي اندازه گيري دوران است ان را درزمره ژيروسكوپ ها رده بندي مي كنند. در اين ژيروسكوپ از دوپرتو نور ليرز در يك مسير بسته  و در جهت مخالف  استفاده مي شود .نخستين نمونه تجاري ان در هواپيماهاي بويينگ 757-767 وايرباس 310 به كار رفته است. مزيت ان قابليت اطمينان بيش تر دامنه ديناميكي وسيع ترومقاومت خوب درمقابل  شتاب هاي زياد است .                         

ژيروسكوپ فيبرنوري :

 اين ژيروسكوپ تحقق اخرين انديشه هاي بشر در ساخت ژيروسكوپ است چرا كه در نوع خود كوچك بوده و به طور اني روشن مي شود عمرطولاني دارد.احتياجي به خدمات نگهداري نداشته و ارزان است.همچنين احتياج به سامانه تعليق طوقه اي ندارند.مبناي عملكرد اين ژيروسكوپ شبيه ژيروسكوپ ليزري است با اين تفاوت كه دران به جاي ليزر از يك نور پولاريزه استفاده شده و به جاي مسير ليزر از فيبرنوري استفاده مي شود.

-ژيروسكوپ ديا پازوني:

   نوع ديگري از ژيروسكوپ –كه بر اساس اندازه حركت خطي عمل مي كند- از سامانه حفظ تعادل برخي حشرات الهام گرفته شده است.اين حشرات با استفاده از دو عضو غضروفي مرتعش كوچك- كه در طرفين بدنشان قرار دارد –تعادل خود را حفظ مي كنند.ژيروسكوپي كه بر اين مبنا ساخته شده است به ان "ژيروسكوپ دياپازوني"يا "ژيروسكوپ اتعاشي" مي گويند.روي پايه اصلي اين ژيروسكوپ دو شاخك فلزي (شبيه دياپازون) قرار دارد كه توسط اهنرباي الكتريكي به نوسان در مي ايد.اين نوسانات در جهت عكس يكديگر است يعني يا از هم دور مي شوند يا به هم نزديك مي شوند.در اثر اين دو حركت هر ذره مادي از شاخك ها داراي مولفه شتاب كوريوليس خواهد شد كه راستاي  اين شتاب درامتدادمحورx است.

 

                                     نمونه ای از کاربرد های ژیروسکوپ

-سيستم ناوبري اينرسي:

    اين سيستم مجموعه ي است از 3 ژيروسکوپ يک درجه آزادي و يا 2 ژيروسکوپ دو درجه آزادي و 3 شتاب سنج که جهت ايجاد محور مختصات ينرسي و بدست آوردن سرعت و شتاب زاويه ي استفاده مي شود. نمي کلي و بلوک دياگرام آن در شکل هي پيين موجود است:

 

 

-سيستم خلبان خودکار ساده و بصورت پنومانيک به شرح زير است:

 

 

 ۳-مدارات بهسازي:

مدرات بهسازي ژيروسکوپ بسيار متنوع بوده و بر اساس مکانيرم و خروجي و دقت ژيروسکوپ متفاوت مي باشد. در ينجا يکي از ين مدارات را بررسي مي کنيم

ورودي مدار بالا 3 ژيورسکوپ يک درجه آزادي، 3 شتاب سنج و سنسور دما جهت محاسبه تاثير دما و خطا ناشي از آن و اصلاح آن مي باشد. ين وروديها به صورت ديجيتال در آمده و وارد واحد پردازشگر مي شود. با توجه به حجم زياد و سرعت عمل بالي مورد نياز در ين جا يک کامپيوتر کوچک داريم. اطلاعات نمونه برداري شده و به واحد پردازش مي روند. در آن جا پردازشهي لازم و مجاسبات مورد نياز جهت محاسبه موقعيت سرعت و شتاب انجام مي شود اطلاعات خروجي به قسمت هي نميشگر، سيستم خلبان خودکار و ESD (توقف ناگهاني) و ارسال بر روي EMI/RF جهت گيرنده هاي زميني مي باشد.

 

 

۴-   توليد کنندگان:

با توجه به اهميت قطعه ژيروسکوپ و دقت آن و استراتژيک بودن آن در صنيع نظامي توليد کنندگان عموما نظامي بوده و مدلهي آماتوري جهت کاربردهي آزميشگاهي و هواپيما هاي کوچک ارايه مي گردد. برخي از توليد کنندگان و محصولات آنها عبارتند از:

1) Astronautics Corporation of America

Kearfott's Inertial Measurement Units (IMU) are ideally suited for those applications requiring high performance in a compact package.

                     The MOD VIIA is a cost optimized member of the MOD VII family with medium accuracy navigation and tactical grade performance in thermally modeled strap down applications.  

                      As an extension of its family of Gyroflex® and Conex® type, non-floated, Dynamically Tuned Gyros, Kearfott has adapted its proven MOD I CONEX® Gyro for moderate performance, long life, high reliability space applications.

                      The MOD IIE/S Gyroflex® is the strapdown derivative of Kearfott's highest performance production gyro

                         Kearfott supplies the Inertial Measurement Unit (IMU) for the Space Shuttle Obiter for both present and future applications. At present, the HAINS is operational on all the orbiters and it and its predecessor Kearfott KT-70 IMU have been used since the first Orbiter launch.

                    Kearfott has developed a family of miniature gyros that have been modeled after the successful GYROFLEX® gyro.

2) Condor Pacific Industries Inc. HEATH Divison

3) CrossBow Technology Inc.

AHRS Family

VG Family

IMU Family

4) IMI - Integrated Micro Instruments

5) KVH Industries, Inc.

6) Litton G&CS (Guidance & Control Systems)

7) MicroSensors, Inc.

8) O-Navi LLC

9) Samsung Electro-Mechanics (Passives, Opto & Peripherals)

10) Watson Industries, Inc.

11) CSIRO

12) Microstrain Sensor

۵-

توليد کنندگان داخلي و بازار ايران:

در ايران اين تجهيزات تنها کاربرد نظامي داشته و توليد آن منحصر به شرکتهاي صنايع نظامي مي باشد

موسسه جهاد تحقيقات در اين زمينه فعاليت مي نمايد

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

در زمينه توليد ژيروسکوپ شرکت سوياب صنعت با اين موسسه همکاري مي نميد که اطلاعات تماس اين شرکت عبارت است از : 026233621 و محل ين شرکت جاده قديم کرج خيابان سوليران مي باشد

طي تماسهایی که دوستان من با موسسه مزبور داشتند ؛ اعلام شد برای دريافت اطلاعات، بايد از يک سازمان دولتي معرفي نامه و درخواست رسمي ارسال شود .

 

۶-

کاربردهي متنوع :

در هر وسيله ي که بخواهيم مرجع مختصات ينرسي داشته باشيم و موقعيت و سرعت زاويه ي و شتاب زاويه ي را داشته باشيم

کاربرد در وسايل نقليه هوايي, فضايي و دريايي، هواپيما, موشک, ماهواره,سفينه فضايي, کشتي, زيردريايي و ... دارد.

از پديده ژيروسکوپي در موارد زير نيز در کابردهي جديد استفاده مي شود

         در رباتهي پيچيده که حفظ تعادل کاري بسيار مشکل است مانند ربات دوپا که مي خواهد راه برود و يا رباتهاي انسان نما از اين سنسور استفاده مي شود با استفاده از لينک بالا يک نمونه از اين کاربردها را مشاهده نماييد

    اين وسيله يک اسکوتر است که با جلو و يا عقب رفتن بدن فردي سوار آن است حرکت کرده و يا مي يستد ين وسيله به صورت خودکار وضعيت خود را بالانس مي کند و با استفاده از 5 سنسور ژيروسکوپ خود را بالانس نموده و از افتادن جلوگيري مي نميد

    در اين ويلچر فرد معلول امکان بالا و پايين رفتن از پله يا بلنديها را داشته و تعادل صندلي به هم نمي 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 

 

 



 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط برمودا  |