Ako funguje Piezo-Gyro?

Ano, priznávame sa a sypeme si virtuálny popol na reálnu hlavu.

Tento článok mal byť uverejnený zrejme skôr ako články popisujúce využitie gýr v modeloch lietadiel.

Pôvodne sme predpokladali, že článok popisujúci princíp činnosti piezo-gyra nie je potrebný, ale viaceré komentáre a opakujúce sa dotazy, týkajúce sa práve tejto problematiky nás presvedčili, že by bolo dobré uviesť veci na správnu mieru.

autor: Janko O.

 

Klasické zotvačníkové gyroskopy, alebo iné zložité gyro-systémy nie sú pre modelárske účely vhodné pre svoje rozmery, hmotnosť, zložitosť a vysokú cenu. Ale príchod piezo-gyro-senzorov otvoril cestu aj týmto pomerne zložitým zariadeniam do modelárskej praxe.

Drvivá väčšina gyro senzorov pracuje na princípe, ktorý využíva zotrvačnosť hmoty. Zatiaľ čo pri zotrvačníkových gyroskopoch sú to hmoty rotujúce vysokými otáčkami, pri piezo gyroskopoch sa využívajú hmoty kmitajúce, alebo sa využíva zotrvačnsť hmôt nepohyblivých - statických. Ich princíp aj s popisom je lepšie pochopiteľný z nasledujúcich silne zjednodušených obrázkov, ktoré ukazujú jedno z možných riešení piezo-gyra.
 

Na prvom obrázku je piezo-gyro v pokoji - bez pohybu. Či už priamočiareho, na ktorý gyro nemá reagovať, alebo rotačného, na ktorý gyro reagovať .

O základňu gyra sú symetricky uchytené dva pružné členy, na koncoch ktorých sú zotrvačné hmoty. Eventuálny ohyb pružných členov snímajú piezo-elementy tak, že pri ohybe jedným smerom generujú napätie kladnej polarity, pri ohybe opačným smerom sa na nich objaví napätie zápornej polarity.

Tieto napätia sa privádzajú na diferenciálne vstupy operačného zosilňovača OZ, ktorý spracováva len diferenciu (rozdiel) vstupných napätí. Na rovnaké napätia rovnakej polarity OZ nereaguje. Výstupné napätie operačného zosilňovača sa privádza do riadiaceho mikrokontroléra, ktorý spracováva vstupný signál (impulzy z prijímača), koriguje ho signálom z operačného zosilňovača a generuje výstupný signál (impulzy) pre servo.

Trimrom na gyre alebo signálom riadiacim citlivosť  (účinnosť) gyra sa nastavuje úroveň signálu z operačného zosilňovača vstupujúca do mikrokontroléra. Inak povedané, nastavuje sa, ako veľmi bude signál z operačného zosilňovača ovplyvňovať signál medzi vstupom a výstupom gyra. Keďže gyro na prvom obrázku je v pokoji (rovný let), piezo-elementy "nevyrábajú"  žiadne napätie, operačný zosilňovač nemá čo zosilňovať, jeho výstupné napätie je nulové a preto vstupný signál do gyra nie je nijako korigovaný a nezmenený sa objaví na výstupe.
 

Na druhom obrázku je základňa gyra uvedená do priamočiareho pohybu v smere šípky, na ktorý gyro nemá   reagovať.

V momente uvedenia gyra do pohybu zostanú hmoty vďaka svojej zotrvačnosti na mieste a preto dôjde k ohybu pružných členov. Piezo-elementy "vyrobia" zodpovedajúce napätia. Ale keďže tieto napätia majú  rovnakú veľkosť aj polaritu, diferenciálne vstupy operačného zosilňovača na ne nereagujú a výstupné napätie OZ bude opäť nulové. Preto vstupný signál do gyra nebude nijako korigovaný a nezmenený sa objaví na výstupe.

Po chvíli sa aj hmoty v gyre dajú do pohybu a pružné členy sa prestanú ohýbať (narovnajú sa). Avšak pri zastavení základne gyra, hmoty vďaka svojej zotrvačnosti chvíľu pokračujú v pohybe, pružné členy sa ohnú, ale opačným smerom. V každom prípade, vďaka symetrickému usporiadaniu, na piezo-elementoch vznikajú napätia rovnakej veľkosti a súhlasnej polarity, na ktoré operačný zosilňovač nereaguje a na jeho výstupe je nula. Vstupný signál do gyra nebude nijako korigovaný a nezmenený sa objaví na výstupe.
 

Na treťom obrázku dôjde k rotačnému pohybu základne gyra, na ktorý gyro   reagovať.

Vďaka svojej zotrvačnosti hmoty zostanú na svojom mieste a pružné členy sa ohnú, ale každý iným smerom. Na piezo-elementoch sa objavia rovnaké napätia ale  opačnej polarity, ktoré operačný zosilňovač spracuje. Na jeho výstupe bude kladné napätie, ktoré spôsobí, že mikrokontrolér zkoriguje vstupný signál tak, že výstupné impulzy budú širšie (dlhšie).

Pri zastavení rotačného pohybu základne gyra budú hmoty v gyre vďaka svojej zotrvačnosti pokračovať v pohybe, pružné členy sa ohnú, ale na opačnú stranu ako pred tým. Na piezo-elementoch sa objavia napätia  opačných polarít ako pred tým, ktoré operačný zosilňovač spracuje a na jeho výstupe sa objaví záporné napätie. To spôsobí, že mikrokontrolér zkoriguje vstupný signál tak, že výstupné impulzy budú užšie (kratšie).
 

Na štvrtom obrázku je znázornená situácia, že základňa gyra bude uvedená do rotačného pohybu, ale opačným smerom ako v predchádzajúcom prípade.

Z uvedeného vysvetlenia funkcie gyra vyplýva, že senzor gyra tohoto typu reaguje len na tzv. rotačné zrýchlenie alebo matematicky povedané na deriváciu rotačného pohybu. Čiže  nereaguje na akýkoľvek priamočiary pohyb, či už ustálený alebo na zrýchlovaný alebo spomalovaný. Rovnako nereaguje na ustálený rotačný pohyb.

Senzor gyra reaguje len na  zmenu rotačnej rýchlosti, čiže ak bolo gyro v kľude a pootočilo sa jedným alebo druhým smerom (naklonenie modelu), alebo sa gyro pootáčalo a zastalo, alebo sa rýchlosť pootáčania zmenila (pootáčanie sa zrýchlilo - akcelerácia, alebo spomalilo - decelerácia).

Je zrejmé, že princíp činnosti piezo-gyra nie je nijako jednoduchý, obzvlášť pre modelárov, ktorí neholdujú elektronike a pojmy ako piezo-elektrický jav, diferenciálne vstupy alebo operačný zosilňovač im veľa nehovoria.

Cez to všetko sú vlastnosti a parametre piezo-gýr pre modelárov "darom z neba"  (vrtulníkári už dávnejšie vedia o čom hovoríme), pretože práve tento vyššie spomínaný princíp, umožňuje významne zvýšiť stabilitu modelov napr. pri nárazovom vetre, alebo učiniť dráhu letu modelu predvídateľnejšiu a presnejšie definovanú.
  

Súvisiace články:

Použitie gýr v modeloch lietadiel - 2.časť

Použitie gýr v modeloch lietadiel - 1.časť

Dynamické riadenie gýr v modeloch lietadiel


 

On what principle does a piezo gyro for model modeler Su quale principio funziona un giroscopio piezo per modellatore modello På vilken princip anser en piezo-gyro för modell modellerare ¿En qué principio hace un giroscopio piezo para modelista modelo По какому принципу это пьезо гироскоп для модели модельер Em princípio, o que faz um giro piezo para modelador modelo Na jakiej zasadzie ma piezo gyro model modeler På hvilke prinsippet gjør en piezo gyro for modellen modeler Auf welchem Prinzip funktioniert ein Piezo Gyro für Modell-Modellierer Milyen elv azonban a piezo giroszkóp modell modellező Op welk principe werkt een piëzo-gyro voor model modeler Sur quel principe fonctionne un gyroscope piézo pour modeler modèle Millä periaate ei piezo gyro mallin modeler På hvilke principper en piezo gyro for model modeler المبدأ على ما يقوم بيزو الدوران لنموذج مصمم نماذج על איזה עיקרון עושה piezo gyro עבור modeler 


<Staršie | tento článok | Novšie>

Napísané: 22. 12. 2015, 08:28 | Prečítané: 11298x | Kategórie: Elektronika | Napísal: admin |
Komentáre: 13
.:. diosko
Veľmi pekný a názorný článok.
Škoda, že 380-ky sa už nedajú zohnať :-(
Odpoveď | 2012-02-14 20:03:27
To odkedy ich prestali predavat? 8-o
Mozno rataju, ze ich nahradis tym novym mems vrtulnikovym.
Odpoveď | 2012-02-16 10:21:46
.:. diosko
Ako si Janko O. povzdychol "čo je dobré, to prestanú vyrábať". Ja som objednal na skúšku BA Nano gyro ( odkaz ). Uvidím až keď odskúšam.
Odpoveď | 2012-02-16 10:55:11 | Príspevok upravený: 2012-02-16 10:55:30
.:. diosko
Našiel som ukážku práce gyra v lietadle za letu: odkaz
Treba rozumieť anglicky ak chcete vedieť o čom sa bavia, ale hlavný odkaz znie, "Don't be afraid of the gyros", čiže "Neobávajte sa gýr" :-)
Odpoveď | 2012-02-17 14:14:31
mám asi 4 gyrá, ale obmedzil som použitie iba na vetroň, to preto, že som dal veľku citlivosť a akrobať dostal takú vibráciu
hore-dole-hore.... že som bol rád ked som pristál. Chce to trpezlivosť a začínať od minim. účinku-tuším si to aj písal v predchádzajúcich článkoch ale vieš niekto sa musí na vlastných chybách....
Odpoveď | 2012-02-17 21:01:09
A nie je potom problém s tým, ak sa urobí správna zakrúta, že to gyro proste nevyrovná (správna zákruta v lietadle je tak, že aj pohár vody položený na prístrojovke by mal stále hladinu v strede a pilot by mal byť tlačený stále presne do sedačky). Tým pádom na gyro pôsobí slia iba do spodku, do zeme (odstredivá) a vlastne by sa to malo snažiť vyrovnať výškovkové gyro a potlačiť... Či?
Odpoveď | 2015-12-22 14:40:23 | Príspevok upravený: 2015-12-22 14:41:18
.:. J O.
Áno.
Ale práve na to, aby sa pilot "nepretláčal" s gyrom, sa používa Dynamické riadenie gýr: čím viac pilot vychyluje knipel, tým viac preberá vládu nad modelom on a tým menej do riadenia zasahuje gyro.
Odpoveď | 2015-12-23 07:51:36 | Príspevok upravený: 2015-12-23 16:55:52
.:. Stano O.
Myslím že dobré gyro vie vďaka SW funguvat aj ako akcelerometer hoci ho krabička neobsahuje, takze vlastne vie či sa model vychýlil z poslednej polohy kedy boli kniple a o koľko sa vychýlil, vďaka meraniu uhlovej rýchlosti a integrácii.

Taktiež v tomto článku je práve opísané, ako je to keď na oba elementy pôsobí rovnaká sila, v tomto prípade výslednica síl pri správnej zákrute smeruje kolmo na sediaceho pilota.

Aby to nebolo také jednoznačné s tou guličkou, nedávno som sa dočítal že práve plachtári nepoužívajú guličku v strede, ale mierne do výklzu čím eliminujú odpor krídeliek, viac tu:

odkaz
Odpoveď | 2015-12-24 19:45:03
Ja som trochu pesimista- ano - teoreticky by to malo pomôcť ale mám v šupliku asi 4 rôzne gyrá a s každým sa "niečo" vo vzduchu dialo - podotýkam nie veľmi vhodne dialo-takže v šuplíku.
Odpoveď | 2015-12-23 21:01:37
.:. J O.
Z gyra sa dá urobiť akcelerometer dvomi spôsobmi:
- Jeden z dvoch Piezo-elementov reagujúcich na ohyb umiestniť na Pružný člen z opačnej strany. To samozrejme môže len výrobca.
- Do jedného zo vstupov Operačného zosilňovača zaradiť invertujúci zosilňovač s jednotkovým zosilnením. To by sa dalo aj "doma".
Výsledný efekt je rovnaký.
V podstate stačí jeden ten Gyro-element (senzor) a dve rôzne zapojené elektroniky a máš súčasne gyro aj akcelerometer z jedného "senzora".
Odpoveď | 2015-12-25 09:04:54
A existuji gyra, ktere by dokazaly merit rotacni rychlost (tedy nejen zrychleni) ?
Odpoveď | 2015-12-25 14:40:16
.:. J O.
Obávam sa, že takým tým klasickým "hmotovo-piezoelektrickým" spôsobom asi nie, aspoň o tom neviem.
A to, že ja o tom neviem, ešte neznamená, že to neexistuje.

Hoci: pružný (v zmysle, že sa môže naťahovať, alebo narovnávať, ak je v kľude ohnutý) člen, na ňom tenzometer (alebo piezoelement reagujúci na ohyb), na konci hmota. Čím rýchlejšie to celé rotuje, tým viac sa pružný člen naťahuje (alebo narovnáva) a tým väčší signál tenzometer (piezoelement) dáva.
Odpoveď | 2015-12-25 14:58:57
.:. J O.
Vy ste mi nasadil dobrého chrobáka do hlavy, ale som celkom rád, že mám nad čím premýšľať.
Ešte mi napadlo toto:
Aj klasický akcelerometer, teda aspoň dva, by sa na to dali použiť. Orientovať ich tak, aby jeden meral odstredivú silu - dal som tomu meno "odstredivé G-čka" a ten druhý by meral "zemské" G-éčka. A matematickým aparátom odstrániť "zemské" G-éčka z "odstredivých G-čok", ktoré sa tam občas "zamotávajú".
Odpoveď | 2015-12-26 09:38:15
Pridaj komentár
Meno
Web
Mail
Kontrola Zadajte číslo päť
Text

:-)
:-D
:-(
|-/
:-[]
;-)
8-|
8-o
Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz
  • Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
  • HTML znaky budú prevedené na entity.
  • Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
  • Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)
správca | ICQ-Vaše ICQ | Podpora miniRS | Styl LazyDays | Sk preklad by beekeeper | Veľkosť databázy: 32335.66 kb