5.3.5 การตรวจจับอัตราของมุม
การตรวจจับอัตราของมุม หรือไจโรสโคป (Angular rate sensing (Gyroscopes)) อุปกรณ์นี้ใช้ในการตรวจจับค่าโมเมนตัมเชิงมุม เป็นผลที่ได้จากการหมุนของตัวไจโร (Gyroscopic) ที่จะวัดอัตราการเปลี่ยนไปของมุม
รูปตัวอย่างอุปกรณ์ตรวจจับมุม
ที่มา : https://watson-gyro.com
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
หากสนใจหนังสือ อื่น ๆ นอกเหนือจากนี้
คลิก
ตัวอุปกรณ์ จะมีแผ่นหมุนที่มีรอบการหมุนค่าที่รอบสูง อยู่ในแกนหลักของมัน ดังนั้นเมื่อแผ่นที่หมุนรอบแกนไม่อยู่ในแนวแกนเชิงเส้นหลัก จะเกิดแรงบิดขึ้นในทิศทางมุมฉาก ที่เป็นสัดส่วนต่อความเร็วเชิงมุม ความเร็วการหมุน และมีการใช้งานของเกจความเครียดเพื่อที่จะวัดแรงบิดของไจโร (ความเร็วเชิงมุม)
รูปตัววัดมุมด้วยไจโร
ที่มา : https://sites.google.com
การออกแบบดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับตัวไมโครเซ็นเซอร์เนื่องจากมีปัจจัยหลายประการ บางอย่างที่เกิดขึ้นอาจมีผลถึงความเฉื่อย และโมเมนตัมของมัน ที่สเกลขนาดเล็ก ขาดแบริ่งที่เพียงพอ ขาดไมโครมอเตอร์ที่เหมาะสม และขาดกระบวนการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กสามมิติที่เพียงพอ
แต่เซ็นเซอร์วัดอัตรามุมเชิงจุลภาคเป็นแบบสั่นสะเทือน ซึ่งรวมเอาผลกระทบแบบคอริโอลิส (Coriolis: แรงคอริออลิส (อังกฤษ: coriolis force) เป็นแรงเสมือนซึ่งเกิดจากการที่โลกหมุนรอบตัวเอง แรงโคริออริสไม่มีอิทธิพลต่อกระแสลมที่บริเวณเส้นศูนย์สูตร แต่จะมีอิทธิพลมากขึ้นในละติจูดสูงเข้าใกล้ขั้วโลก แรงโคริออริสทำให้ลมในซีกโลกเหนือเบี่ยงเบนไปทางขวา และทำให้ลมในซีกโลกใต้เบี่ยงเบนไปทางซ้าย ในบริเวณซีกโลกเหนือ ไซโคลนหมุนตัวทวนเข็มนาฬิกาเข้าสู่ศูนย์กลาง ในบริเวณซีกโลกใต้ ไซโคลนหมุนตัวตามเข็มนาฬิกา สำหรับประเทศไทยอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรจึงทำให้ไซโคลนหมุนทวนเข็มนาฬิกา ค้นพบครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ กัสปาร์-กุสตาฟว์ เดอ กอรียอลิส) มากกว่าโมเมนตัมเชิงมุมในทางกลของอุปกรณ์ดั้งเดิม
ผลความเร่งคอริโอลิส จากการถ่ายโอนเชิงเส้น ภายในกรอบพิกัดนั่นคือ การหมุนกับกรอบอ้างอิงเฉื่อย โดยเฉพาะ หากอนุภาคในรูป
รูปของการเร่งคอริโอลิส ซึ่งผลจากการเคลื่อนที่ภายในกรองอ้างอิงนั่นคือการหมุนที่โยงกับกรอบอ้างอิงเฉื่อย
เป็นการเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ภายในกรอบ xyz และหากกรอบ xyz กำลังหมุนอยู่ด้วยความเร็วเชิงมุม w ที่โยงกันกับกรอบอ้างอิงเฉื่อย XYZ แล้ว ความเร่งคอริโอลิส จะส่งผลเท่ากับกับ ac = 2w x v หากวัตถุมีมวล m ความเฉื่อยคอริโอลิส จะส่งผลให้ F = -2w x v (ค่าติดลบเพราะทิศทางการหมุนตรงกันข้าม ac)
ไจโรสโคปสั่นสะเทือน (Vibratory gyroscope) ผลที่ได้ดูที่รูป
รูปผังของเครื่องวัดการหมุนวน
ที่มา : https://www.researchgate.net
มวลเฉื่อยรองรับการอ่อนตัว ที่มีการสั่นสะเทือนในทิศทาง x ประเภทกับตัวขับหวีไฟฟ้าสถิต ความเร็วเชิงมุมรอบแกน z จะสร้างความเร่งคอริโอลิส และแรง ในทิศทาง y หากความเร็วเชิงมุมภายนอกคงที่ และความเร็วในทิศทาง x เป็นรูปคลื่นไซน์ แล้ว ผลแรงคอริโอลิส จะเป็นรูปคลื่นไซน์ และมวลเฉื่อยรองรับจะสั่นในทิศทาง y กับความกว้างแอมพลิจูดที่เหมาะสมกับความเร่งเชิงมุม การเคลื่อนที่ในทิศทาง y ซึ่งประเภทการวัดค่าประจุ เป็นการวัดของอัตรามุม
รูปไจโรสโคปสั่นสะเทือน
ที่มา : https://www.researchgate.net
ข้อสังเกตการสั่นสะเทือนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของอุปกรณ์เหล่านี้ พวกมันไม่ใช้ตัวตรวจจับเรโซแนนซ์ที่เป็นจังหวะทางเทคนิค เนื่องจากมีการวัดค่าความสั่นสะเทือนมากกว่าความถี่
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“รู้สึกแย่
ก็แค่หลับตา
สิ่งดีดี กำลังเข้ามา
ไม่เร็วก็ช้า แค่รอ...”
<หน้าที่แล้ว สารบัญ หน้าต่อไป>
