در این مقاله قصد داریم به معرفی جایرو ها ( ژیروسکوپ ) و نحوه عمکلرد کلی آن ها نظیر اندازه گیری شتاب زاویه ای و سرعت زاویه ای بپردازیم. در ادامه نیز جایرو های پیزو الکتریک مورد استفاده در پهپاد ها را معرفی خواهیم کرد.
جایرو ( Gyro ) چیست
جایرو ها یا همان ژیروسکوپ ها وسیله های مکانیکی هستند که بر طبق قانون دوم نیوتن و اثر دورانی اجسام عمل می کند.اولین جایرو در سال 1817 میلادی توسط یک دانشمند آلمانی ساخته شد. این دستگاه های مکانیکی اما امروزه به شکل قطعات و سنسورهای بسیار کوچک و با استفاده از اثر پیزو الکتریک که در ادامه در مورد آن صحبت خواهیم کرد تبدیل شده اند.
با استفاده از جایرو ها می توانید شتاب زاویه ای و سرعت زاویه ای و مکان زاویه ای را اندازه کنید. این دستگاه موارد کاربرد فراوانی از جمله ناوبری ، قطب نما و سنسور اندازه گیری و غیره دارد.
جایرو مکانیکی
اصل و پایه جایرو ها یا ژیروسکوپ ها بر اساس قانون دوم نیوتن و اثر دورانی جسم می باشد. این دستگاه ها اصولا از یک دیسک دوار که به دور خود می چرخد و چند محور نگه دارنده تشکیل شده است.
دوران دیسک حول محور خود باعث ایجاد ممان اینرسی بالایی شده که باعث می شود دیسک تحت شرایط دوران سعی در حفظ موقعیت و زاویه خود داشته باشد.
از این وسیله در ابتدا به عنوان سیستم های ناوبری و قطب نما های ژیروسکوپی در کشتی ها استفاده می شد و در ادامه از این وسیله استفاده فراوانی در اتوموبیل ها ، هواپیما ها ، موشک ها و حتی کاربرد های روزمره نظیر تلفن های همراه شد.
جایرو های مکانیکی عموما به دو دسته جایرو هایی با دو درجه آزادی و یک درجه آزادی تقسیم بندی می شوند. درجه آزادی جایرو را با توجه میزان آزادی دورانی جایرو حول محوری به غیر از محور چرخشی آن می توان اندازه گیری کرد.
جایرو با دو درجه آزادی
جایرو هایی با دو درجه آزادی که به آن ها جایرو های سه بدنه نیز گفته می شوند می توانند علاوه بر محور چرخشی خود حول دو محور دیگر نیز نسبت به محور دورانی اصلی جایرو دوران داشته باشند.
جایرو با یک درجه آزادی
بر خلاف جایرو با دو درجه آزادی جایرو هایی با یک درجه آزادی که به آن ها جایرو دو بدنه نیز گفته می شود صرفا می تواند حول یک محور به جز محور چرخشی نسبت به بدنه جایرو دوران داشته باشد.
جایرو های پیزو الکتریک
مواد پیزو الکتریک را به زبان ساده می توان موادی با توانایی تبدیل حرکات مکانیکی به انرژی پتانسیل و الکتریکی یا برعکس دانست . این مواد می توانند تغییرات در فشار و دما را به انرژی پتانسیل تبدیل کنند.
جایرو های پیزو الکتریک در واقع ژیروسکوپ هایی هستند که در ساخت آن ها به جای دیسک دواراز مواد پیزوالکتریک استفاده شده است. با استفاده از این مواد جایرو ها توانسته اند ساختاری کوچک تر و دقیق تر نسبت به جایرو های کلاسیک و قدیمی داشته باشند و با استفاده از تبدیل حرکات مکانیکی به الکتریسیته شتاب و سرعت زاویه ای را محاسبه می کنند. از این سنسورهای جایرو پیزوالکتریک امروزه حتی در تلفن های همراه نیز استفاده می شود.
جایرو های پیزو الکتریک کاربرد فراوانی در سیستم های ناوبری و تعادلی پهپاد ها و فلایت کترلر ها دارند و به دلیل سایز کوچک و وزن بسیار کم در عین دقت و سرعت بسیار بالا توانسته اند گام بزرگی در پیشرفت تکنولوژی پهپادی و ربات های پرنده داشته باشند.
