ژیروسکوپ چیست ؟

نوشته شده توسط | تاریخ ۱۳۹۱/۱۰/۲۵ | نظرات بدون دیدگاه | بازدید 6,712

ژیروسکوپ چیست ؟در تمام ومسایل حرکتی اطلاع از موقعیت و زاویه جسم و سرعت زاویه ای آن امری ضروری است، چرا که بدون اطلاع از وضعیت جسم، کنترل آن به سمت هدف غیر ممکن بوده و امری محال به نظر می رسد. به دست آوردن این اطلاعات از روی زمین برای اجسامی مانند موشک یا ماهواره و یا گوشی های تلفن همراه، کاری بسیار پیچیده و در بعضی موارد غیر ممکن است؛ به عنوان مثال اگر مسیر موشک را در مدت زمان معین نتوانیم کنترل کنیم، موشک از مسیر خارج شده و ما را به هدف نخواهد رساند.

کلمه از دو کلمه Gyro به معنای دوران و Scope به معنای نشان دادن تشکیل شده است؛ بنابراین به این وسیله می توان دوران نما نیز گفت که وظیفه خود یعنی نمایش دوران را بیان می کند.

روسکوپ مکانیکی دستگاهی است که متشکل از یک چرخ نخ ریسی به همراه ۲ حلقه مدور به عمود بر یکدیگر سوار شده اند. این چرخ نخ ریسی به دور محور خود با صرف نظر از هم ترازی با حلقه بیرونی می چرخد. و حلقه های عمود بر هم با توجه به چرخش چرخ نخ ریسی، گردش می کنند.

با توجه به توضیحاتی که در ویکی پدیا منتشر گردیده این دستگاه بسیار پیشرفته است و قادر به تشخیص حرکت حول محور X، حول محور Y و حول محور Z است. از طرف دیگر این دستگاه به عنوان شتاب سنج نیز کاربرد دارد زیرا این دستگاه قابلیت تشخیص ۳ محور خطی برداری از جمله چپ و راست(محور X)، از بالا و پایین(محور Y) و پایین و بالا(محور Z) را دارد اما نمی توان از آن برای اندازه گیری استفاده کرد زیرا چرخش کامل را بعضی زوایا را ندارد.

ها سنسورهایی هستند که ما از آن ها جهت به دست آوردن سرعت زاویه ای و موقعیت زاویه ای استفاده می کنیم. با پردازش این اطلاعات می توان موقعیت کلی جسم را نیز بر اساس محاسبات به دست آورد. عضو اصلی سیستم های هدایت اینرسی می باشد. سیستم هدایت اینرسی که در ناوبری اینرسی مورد استفاده قرار می گیرد، سیستمی است که جهت مشخص کردن موقعیت یک متحرک مانند وضعیت  هواپیما یا کشتی با استفاده از متغییر های  اینرسی آن مثل سرعت و شتاب به کار می رود؛ این امر از طریق اندازه گیری این کمیت ها توسط حس کننده اینرسی انجام می گیرد.

وظیفه اصلی ها ایجاد یک دستگاه مختصات مرجع است و شتاب سنج ها شتاب متحرک در امتداد چنین محورهایی را اندازه می گیرند، این شتاب می تواند نسبت به دستگاه مرجع اینرسی یا دستگاه مرجع دیگری مثل دستگاه متصل به زمین باشد.

طبق اصل بقای اندازه حرکت زاویه ای، هر جسم در حال چرخش متقارن، سعی دارد جهت خود را همواره در فضا حفظ کند. لذا اگر یک جسم متقارن با وزن زیاد را با سرعت بالا بچرخانیم و اطراف آن را با یاتاقان و بلبرینگ آزاد بگذاریم تا نیروهای خارجی بر آن اعمال نشود، با چرخش قاب سیستم، جهت چرخش جسم دوار تغییر نمی‌کند؛ بنابراین می توانیم بدین وسیله در اجسام متحرک، جهت ثابتی داشته باشیم که وضعیت فعلی خود را در هر لحظه با آن مقایسه نماییم و موقعیت زاویه ای و نیز با محاسبه سرعت تغییر، سرعت زاویه ای را به دست آوریم.

عضو اصلی های مکانیکی، یک دستگاه دوار یا روتور(rotor) است که معمولاَ با سرعت زیاد حول محور تقارن خود دوران می‌کند. این سرعت از ٣٠٠٠ تا ٣٠٠٠٠٠ دور در دقیقه است؛ بنابراین در اثر اینرسی جرم دوار، اندازه حرکت ( ممنتوم ) نسبتا بزرگی ایجاد می شود. اگر یاتاقان بندی محور چرخش را در طوقه ای معلق تعبیه کنیم، به طوری که گشتاور خارجی به آن وارد نشود، با وجود تمام حرکت های قاب، محور چرخش روتور همواره در جهت ثابتی می ماند و موقعیت خود را در فضا حفظ می کند.

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

خاصیت صلب بودن :

همان گونه که اشاره شد، ژیروسکوپ از خاصیت صلبیت استفاده می کند. طبق قانون دوم نیوتن، مجموعه گشتاورهای خارجی وارد بر سیستم دوار حول یک نقطه مانند مرکز ژیروسکوپ برابر است با تغییرات زمانی اندازه حرکت زاویه ای سیستم حول همان نقطه، لذا چون اندازه حرکت زاویه ای سیستم برابر صفر است، مقدار و جهت بردار اندازه حرکت زاویه ای ژیروسکوپ در فضای اینرسی ثابت می ماند.

حرکت تقدیمی:

چنانچه گشتاوری مانند M در راستایی غیر از راستای بردار اندازه حرکت زاویه ای به روتور اعمال شود، محور چرخش در راستای برداری عمود بر صفحه بردار گشتاور خارجی و اندازه حرکت زوایه ای، دوران خواهد کرد. جهت دوران به این صورت است که بردار اندازه حرکت زوایه ای همواره با طی زاویه کوچک تر به طرف بردار گشتاور خارجی بچرخد.

انواع حرکت های متحرک در فضا:

هر متحرک در فضا ۶ درجه آزادی دارد که ٣ حرکت خطی و ٣ حرکت دورانی است. برای مشخص نمودن حرکت دورانی متحرک در فضا از ٣ محور عمود بر هم استفاده می شود که عبارتند از: محور رول یا محور طول، محور پیچ یا محور عرضی و محور یاو.

ژیروسکوپ چیست ؟محور رول:

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

محور پیچ:

محور عرضی یا جنبی را محور پیچ گویند. و حرکت پیچ دوران متحرک حول محور عرضی خودش است که محوری افقی است و عمود بر محور طولی می باشد.

محور یاو:

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

سیستم ناوبری اینرسی (inertial guidance system):

یک سیستم ناوبری اینرسی شامل حداقل یک کامپیوتر و یک سکو یا جایگاه شامل شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها یا وسایل حس کننده دیگر برای حرکت خود است. این سیستم، موقعیت و سرعت خود را در آغز به وسیله مرجعی دیگر به دست می آورد (یک انسان یا GPS و …) و سپس موقعیت و سرعت جدید خود را به وسیله تجزیه اطلاعات دریافت شده از سنسورهای حرکتی خود محاسبه می کند.مزیت این سیستم آن است که به جز در نقطه شروع، برای تعیین موقعیت و جهت گیری و یا سرعت خود، احتیاج به هیچ مرجع خارجی ندارد.

نشر: سایت صنعت www.sanat.me

منبع: سایت تبیان

 

ژیروسکوپ چیست ؟

 

برای دریافت آخرین مطالب سایت صنعت، ایمیل خود را وارد نمائید:

    

ما امانت دار ایمیل شما خواهیم بود.

 

نظرات

پاسخ دهید