ژیروسکوپ جزو سنسورهای اصلی گوشی های همراه به شمار می رود که در اغلب مواقع آن را با سنسور شتاب سنج اشتباه می گیرند. لازم به ذکر است که این سنسور برای نخستین بار در گوشی آیفون ۴ اپل استفاده شد و سبب برانگیختن تعجب بسیاری از کاربران شد. حسگر ژیروسکوپ در واقع اقدام به کامل کردن عملکرد سنسور شتاب سنج می نماید و به عنوان یک کمک برای این سنسور مورد استفاده قرار می گیرد.
به دلیل اهمیت ویژه ای که سنسور ژیروسکوپ دارا می باشد، تکنوسان مگ با نگارش این مقاله سعی کرده به کاربران کمک کند تا با این سنسور بیشتر آشنا شوند و از کاربردها و مزایای ویژه ای که این سنسور دارا می باشد اطلاعات بیشتری کسب کنند. اگر قصد دارید بدانید سنسور ژیروسکوپ چیست، تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
سنسور ژیروسکوپ چیست؟
سنسور ژیروسکوپ به دستگاهی گفته می شود که از آن برای سنجش سرعت زاویه ای و جهت گیری اشیا استفاده می شود. در واقع سنسور ژیروسکوپ نسخه بروز و پیشرفته سنسورهای شتاب سنج می باشد و چنانچه در کنار شتاب سنج استفاده شود می‌تواند یک عملکرد بهینه را از خود نشان دهد. سنسور فوق توانایی جهت یابی اجسام و سنجش شیب آنها را نیز دارا می باشد.
این موضوع در حالی است که سنسور شتاب سنج تنها توانایی سنجش حرکت خطی اشیا را دارند و به همین دلیل عملکرد محدودتری نسبت به سنسور ژیروسکوپ دارا می باشند. به سنسور ژیروسکوپ، سنسورهای سرعت زاویه ای و سنسور سرعت سنج زاویه نیز گفته می شود. این سنسورها دارای موارد کاربرد گسترده ای هستند و معمولاً از آنها در مواقعی که نیاز به جهت یابی جسم به صورت دقیق می باشد استفاده می شود. لازم است بدانید که سرعت زاویه ای که توسط سنسور ژیروسکوپ اندازه‌گیری می شود و نیز تغییر زاویه چرخش جسم در واحد زمان به صورت درجه و ثانیه معرفی می گردد.
مقایسه ژیروسکوپ و شتاب سنج
MEMS یا همان سیستم میکرو الکترومکانیکی (Micro Electro Mechanical Systems) در واقع یک فناوری مکاترونیکی خیلی کوچک می باشد. از آنجایی که در فناوری فوق پیشرفت های زیادی صورت پذیرفته است، در نتیجه می توان به توسعه محصولاتی که با استفاده از این فناوری تولید می شوند نیز امیدوار بود. امروزه دستگاه های مکانیکی مختلف با استفاده از این فناوری تولید می گردند. در واقع سنسورهای فوق درست شبیه به آی سی تولید می شوند.
نکته ای که در این میان وجود دارد این است که ژیروسکوپ و شتاب سنج در اصل به عنوان مکمل یکدیگر عمل می‌کنند و کنار هم قرار گرفتن این دو می تواند یک پکیج کامل و بدون نقص به وجود بیاورد. این موضوع به این معنی است که شتاب سنج کار سنجش جهت حرکت یا شتاب خطی اشیا را انجام می دهد و ژیروسکوپ نیز اقدام به جهت یابی جسم و اندازه گیری سرعت زاویه ای و شیب اجسام می کند. البته امروزه شاهد وجود سنسورهای ژیروسکوپی که برای چندین محور مورد استفاده قرار می گیرند نیز هستیم.
نحوه عملکرد حسگر ژیروسکوپ
ژیروسکوپ توانایی سنجش سرعت زاویه ای اجسام را دارا می باشد، این سنسورها همچنین توانایی اندازه گیری جهت حرکت اجسام را نیز دارند. البته در بسیاری از مواقع برای آنکه بتوانند این مقادیر را به صورت دقیق تر اندازه گیری کنند اقدام به ترکیب سنسور شتاب سنج با سنسور ژیروسکوپ می نمایند تا نتایج دقیق تری به دست آورند. اندازه گیری سرعت زاویه ای به جهت وابسته می باشد و دارای سه نوع مختلف است که این سه نوع عبارتند از:
- چرخش افقی در سطحی صاف هنگامی که اقدام به مشاهده جسم از بالا می نمایید.
- چرخش عمودی به نحوی که اقدام به مشاهده جسم از سمت جلو می کنید.
- چرخش افقی به نحوی که اقدام به مشاهده جسم از سمت جلو می نمایید.
برای درست کردن سنسور های ژیروسکوپ در واقع از مفهوم نیروی کوریولیس استفاده شده است. سنسور فوق برای آن که بتواند سرعت زاویه ای را اندازه گیری کند اقدام به تبدیل میزان چرخش سنسور به سیگنال الکتریکی می نماید. برای درک کارکرد اصلی سنسور ژیروسکوپ می بایست اقدام به مشاهده عملکرد حسگر لرزش ژیروسکوپ کنید.
در واقع سنسور فوق دارای یک عنصر لرزش داخلی می باشد که برای تولید آن از یک سری مواد کریستالی دارای ساختار دوتایی استفاده شده است. اگر بخواهیم به بررسی سازه این سنسور بپردازیم می توانیم بگوییم که در قسمت مرکزی آن یک بخش ثابت قرار گرفته که به آن Sensing Arm گفته می شود. در دو طرف آن نیز قسمتی به نام Drive arm وجود دارد که از دو طرف به بخش وسطی متصل می‌گردد.
سازه فوق دارای یک ساختار متقارن و دو تایی می باشد و در زمانی که میدان الکتریکی اقدام به ایجاد لرزش متناوب در بازوهای درایو کند، به وجود آمدن ارتعاشات جانبی مداوم را در بر خواهد داشت. بازوهای درایو که کاملاً متقارن هستند یکی به سمت راست و دیگری به سمت چپ حرکت می‌کنند و منجر به وارد شدن نیروی چرخشی افقی به بخش ثابت سازه می شود و می توان آن را به صورت تغییرات بار الکتریکی اندازه گیری کرد.
انواع ژیروسکوپ
ژیروسکوپ دارای انواع مختلفی می باشد که هر یک از آنها دارای خصوصیات، ویژگی و کارایی متفاوتی هستند. از جمله انواع مختلف سنسور ژیروسکوپ موجود در بازار می توان به موارد زیر اشاره کرد:
ژیروسکوپ مکانیکی: این ژیروسکوپ معمولی ترین ژیروسکوپ موجود در بازار به شمار می رود که معمولاً از آن در موشک ها و هواپیماهای بزرگ استفاده می شود. کاربرد این ژیروسکوپ جهت یابی و چرخش توپ می باشد.
ژیروسکوپ اپتیکال: در فضاپیماها و موشک های مدرن مورد استفاده قرار گرفته است و استفاده از آن منجر به بهینه شدن مسیریابی می گردد. برای درست کردن ژیروسکوپ فوق از دو کابل فیبر نوری بهره گرفته شده است و این ژیروسکوپ به دلیل قدرت و عملکرد خوب و مناسبی که دارد توجه کاربران بسیاری را به خود جلب نموده است.
ژیروسکوپ Gas-Bearing یا ژیروسکوپ گازسوز: برای کارکردن نیاز به نیروی گاز دارد. این موضوع به این معنی است که با استفاده از گاز تحت فشار، قطعات معلق سنسور ژیروسکوپ معلق می شوند و این موضوع سبب می شود تا پروسه مکان یابی با استفاده از ژیروسکوپ به بهترین حالت ممکن صورت پذیرد. از ژیروسکوپ فوق در تلسکوپ هابل ناسا استفاده شده است، این موضوع به این معنی است که این ژیروسکوپ از دقت و عملکرد بسیار بالایی برخوردار می باشد.
موارد کاربرد ژیروسکوپ در موبایل
امروزه استفاده از ژیروسکوپ در گوشی های هوشمند بسیار افزایش پیدا کرده است. به دلیل کاربردهای گسترده این سنسور، توسعه دهندگان تمام سعی خود را بر آن داشته اند تا بتوانند این محصول را با هزینه پایین و قیمت کم تولید و به بازار عرضه کنند تا بتوان آن را در وسایلی نظیر موس های بی سیم، صندلی های چرخدار (کنترل جهت یابی این صندلی ها از طریق سنسور ژیروسکوپ) و کنترل کردن دستگاه های خارجی مختلف مورد استفاده قرار دهند.
در زیر به بررسی کاربردهای مختلف ژیروسکوپ موبایل در حوزه های مختلف می پردازیم:
عکاسی 360 درجه
اگر قصد دارید تا با استفاده از گوشی تلفن همراه خود اقدام به گرفتن عکس های 360 درجه کنید، گوشی شما حتماً می بایست مجهز به سنسور ژیروسکوپ باشد. وجود این سنسور در گوشی های موبایل موجب می‌شود تا تصاویری که به وسیله دوربین گوشی می گیرید به صورت معنی دار به یکدیگر متصل گردند. پس از گرفتن عکس های 360 درجه، دوربین تلفن همراه شما با استفاده از نرم افزارهای مربوطه تصاویری که به وسیله دوربین گرفته شده را به یکدیگر متصل می نماید و نهایتاً تصاویر 360 درجه را به وجود می آورد.
نرم افزارهای مسیریاب
در برخی مکان ها نظیر تونل ها یا نقاط خارج از شهر که دسترسی به اینترنت در آنها بسیار محدود می باشد، همچنان قابلیت مکان یابی دارای کیفیت مناسب و قابل قبولی می باشد و دلیل این امر هم این است که به دلیل وجود سنسور ژیروسکوپ درون گوشی های موبایل، بدون وجود اینترنت و سیگنال نیز کار مکان یابی می تواند به درستی انجام شود و این یکی از مزایای بسیار ویژه این سنسور تلقی می‌گردد.
پیشگیری از لرزش دوربین در حین تصویربرداری
تقریباً برای اغلب افرادی که از دوربین گوشی خود برای تصویربرداری استفاده می‌کنند این مشکل به وجود آمده که به دلیل لرزش ناگهانی دست، کیفیت تصویری که گرفته اند پایین آمده و تصاویر آنها از کیفیت مطلوبی برخوردار نمی باشد. پس از استفاده از سنسورهای ژیروسکوپ در گوشی های موبایل مشکل لرزش دوربین در حین تصویربرداری تا حد بسیار زیادی پایین آمده و این سنسور با پایین کم کردن لرزش ها موجب می شود تا تصاویر از کیفیت بیشتری برخوردار شوند.
این سنسور اقدام به شناسایی حرکات دست و لرزش دست می نماید و با حذف این حرکات و لرزش ها منجر به گرفتن تصاویر با کیفیت می شود. بی شک تصاویری که بدون لرزش گرفته می شوند، از کیفیت بسیار بالاتری برخوردار خواهند بود.
افزایش تعامل رابط کاربری به وسیله حرکت دادن گوشی
تعدادی از گوشی های همراه از قابلیت های ویژه ای برخوردار می باشند که این قابلیت ها به وجود سنسور ژیروسکوپ وابسته است. این موضوع به این معنی است که گوشی هایی که دارای سنسور ژیروسکوپ می باشند از آپشن های ویژه ای برخوردار هستند. مثلاً برخی از گوشی های همراه هنگامی که به سمت پایین کج می شوند شروع به نمایش قسمت های پایینی منو می نمایند.
علاوه بر این با تکان دادن گوشی های همراهی که مجهز به سنسور ژیروسکوپ هستند می توان صفحه نمایش آنها را قفل کرد. همچنین در برخی از گوشی های هوشمند، قابلیت سایلنت کردن گوشی در حین دریافت تماس با گذاشتن گوشی روی زمین رو به صفحه نمایش وجود دارد. تمامی قابلیت های ذکر شده توسط سنسور ژیروسکوپ امکان پذیر می باشد و با حذف این سنسور از گوشی های فوق تمامی این قابلیت ها از این گوشی ها حذف می گردند.
انجام بازی های حرکتی
گوشی های هوشمندی که مجهز به سنسور ژیروسکوپ می باشند قابلیت اجرای بازی های حرکتی را دارا هستند. بدین ترتیب شما با تکان دادن گوشی خود می توانید اقدام به اجرای بازی های حرکتی نمایید. مثلاً در بازی های حرکتی اتومبیل رانی، تلفن همراه شما در واقع فرمان اتومبیل بوده و شما با چپ و راست کردن گوشی اقدام به هدایت اتومبیل در بازی خواهید نمود.
نرم افزار سنسور ژیروسکوپ موبایل
نرم افزار سنسور ژیروسکوپ موبایل کار جهت یابی تلفن همراه و تشخیص شیب را انجام می دهد. همانطور که پیشتر نیز به آن اشاره کردیم، این سنسور از گوشی آیفون 4 به بعد مورد استفاده قرار گرفت. بنابراین گوشی های هوشمند پیش از آن فاقد این سنسور می باشند. به همین خاطر می توان از برنامه سنسور ژیروسکوپ برای گوشی هایی که فاقد این سنسور می باشند برای بهره‌گیری از کاربردهای سنسور ژیروسکوپ استفاده کرد.
از جمله برنامه هایی که کار شبیه سازی سنسور ژیروسکوپ در گوشی های هوشمند را انجام می دهند می توان به برنامه GyroEmu و ماژول Xposed اشاره کرد. این برنامه‌ها برای شبیه سازی کار سنسور ژیروسکوپ اقدام به استفاده از مغناطیس سنج و شتاب سنج موجود در گوشی ها می نمایند. به طور کلی سنسور ژیروسکوپ برای انجام بازیهای AR مورد استفاده قرار می گیرد.
سنسور ژیروسکوپ در موبایل
امروزه در اغلب تلفن های هوشمند برای آن که کارایی آن ها را افزایش دهند اقدام به استفاده از حسگر های مختلف بر روی آنها می کنند. سنسورهایی که در گوشی های هوشمند استفاده شده اند علاوه بر اینکه به افزایش طول عمر باتری گوشی کمک می کنند، اطلاعات مفید و کاربردی نظیر اطلاعات در خصوص محیط اطراف را نیز در اختیار کاربران قرار می دهند. اگر گوشی شما مجهز به این سنسور باشد می توانید حرکات را با تلفن خود تشخیص دهید. امروزه در اغلب گوشی های هوشمند نسخه الکترونیکی از سنسور لرزشی ژیروسکوپ مورد استفاده قرار گرفته است.
جمع بندی
سنسور ژیروسکوپ از جمله سنسورهای اصلی گوشی های هوشمند به شمار می رود که امروزه دارای موارد کاربرد بسیار بالایی می باشد. وجود این سنسور منجر به بهبود عملکرد گوشی ها شده و به همین خاطر امروزه تمامی کمپانی های تولید کننده گوشی این قطعه را در گوشی های هوشمند خود مورد استفاده قرار می دهند. از آنجایی که امروزه اغلب مردم از گوشی های همراه خود برای گرفتن فیلم و عکس استفاده می کنند، با دارا بودن سنسور فوق بر روی گوشی می توانند عکس های با کیفیت تر و بهتری را بگیرند.
اگر شما به بازی های حرکتی علاقمند هستید، با فعال کردن عملکرد این سنسور در گوشی خود می توانید اقدام به اجرای این بازی ها در گوشی همراه خود نمایید و تجربه یک بازی هیجان انگیز را داشته باشید. آیا شما هم از وجود این قابلیت در گوشی خود مطلع بودید؟ پیشنهاد می کنم سریعا یک بازی حرکتی بر روی گوشی خود نصب نمایید و از قابلیت های ممتاز این سنسور در گوشی خود بهره مند شوید.
