تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع
ژیروسکوپ (جایرو) یک عضو اساسی در سیستم‌های هدایت اینرسی است که برای اندازه‌گیری دوران و سرعت دوران و ایجاد محورهای مختصات مرجع در وسایل نقلیه هوایی، فضایی و دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم‌ها شامل وسایل نقلیه مانند هواپیما، موشک، ماهواره، فضاپیما، کشتی و زیردریایی می‌شوند. جایروها به وسیله اصل نسبیت نیوتون از اصل تداخل نوری کار میکنند.
در ادامه در این مقاله، به معرفی ژیروسکوپ و انواع آن پرداخته شده است و به طور خلاصه درباره هر یک توضیحاتی ارائه شده است.
مقدمه
از دوران کودکی به یاد داریم که با استفاده از یک فرفره کوچک، که با چرخش آن حول محور خود و روی نوک تیز خود، فرفره به طور پایدار در جهت خود حرکت می‌کند. این تجربه ساده برای توضیح کارکرد ژیروسکوپ‌های مکانیکی استفاده می‌شود.
بنابراین، می‌توان گفت که زمین نیز می‌تواند به عنوان یک ژیروسکوپ عمل کند، زیرا به دلیل دوران خود، محور خود را در فضا ثابت نگه می‌دارد. به عبارت دیگر، هر جسمی که در حال چرخش باشد، سعی می‌کند جهت خود را در فضا حفظ کند، به اصطلاح “پایداری جهت” دارد.
از این رو، اگر یک جسم متقارن را با سرعت بالا بچرخانیم و اطراف آن را با یاتاقان‌ها و بلبرینگ‌های آزاد بگذاریم تا نیروهای خارجی بر آن اعمال نشود، چرخش قابی که جسم درون آن قرار دارد، جهت چرخش جسم را تغییر نمی‌دهد. بنابراین، با استفاده از این وسیله، می‌توانیم در اجسام متحرک جهت ثابتی را تعریف کنیم و وضعیت فعلی جسم را در هر لحظه با آن مقایسه کنیم. این می‌تواند به ما کمک کند تا موقعیت زاویه‌ای و سرعت تغییر زاویه‌ای را دریابیم.
عضو اصلی ژیروسکوپ‌های مکانیکی، یک دستگاه دوار یا روتور است که معمولاً با سرعت بالا حول محور تقارن خود چرخش می‌کند. این سرعت معمولاً در محدوده ۳۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰۰ دور در دقیقه قرار دارد. به دلیل اینرسی جرم دوار، ممنتوم (اندازه حرکت) نسبتاً بزرگی ایجاد می‌شود.
اگر محور چرخش را در یک طوقه معلق قرار دهیم به نحوی که گشتاور خارجی به آن وارد نشود، با وجود تمام حرکت‌های قاب، محور چرخش روتور همواره به جهت ثابتی اشاره می‌کند و موقعیت خود را در فضا حفظ می‌کند.
با استفاده از این روش، می‌توانیم جهت و یا محورهای ثابتی را برای وسیله نقلیه‌ها تعریف کنیم تا هرگونه حرکت زاویه‌ای نسبت به این محورها سنجیده شود. این وسیله می‌تواند به ما کمک کند تا موقعیت زاویه‌ای و سرعت تغییر سرعت زاویه‌ای را بدست آوریم.
در نتیجه، در این مقاله به معرفی و توضیح کارکرد ژیروسکوپ‌های مکانیکی پرداخته شده است. این دستگاه‌ها شامل یک روتور دوار است که با سرعت بالا حول محور خود چرخش می‌کند. با استفاده از اصل بقای اندازه حرکت زاویه‌ای، ژیروسکوپ‌ها توانایی حفظ جهت و پایداری خود را دارند. این خاصیت می‌تواند در اجسام متحرک، ایجاد جهت ثابتی که وضعیت فعلی را نشان دهد، و محاسبه موقعیت زاویه‌ای و سرعت تغییر زاویه‌ای را فراهم کند.
تاریخچه
ژیروسکوپ واژه‌ای است که از دو بخش “جایرو” به معنای دوران و “اسکوپ” به معنای نشان دادن تشکیل شده است. این واژه در دوران قبل از میلاد توسط ایرخوس ابداع شده است. در قرن 18، برخی محققان تحقیقاتی در زمینه دینامیک اجسام دوار انجام دادند.
همچنین در اواسط قرن 19، فوکو از یک ژیروسکوپ برای نشان دادن دوران زمین استفاده کرد. در سال 1852 میلادی، ژیروسکوپ نامگذاری شد و در سال 1900، آنشوش کامف قطب نمای ژیروسکوپی ساخت. قطب نماهای مغناطیسی در محدوده قطب شمال دقیق نبودند، بنابراین قطب نمایی بر اساس خواص ژیروسکوپی ساخته شد. پس از جنگ جهانی دوم، ژیروسکوپ‌ها برای هدایت و کنترل وسایل فضایی و هوانوردی استفاده شدند.
امروزه سامانه های هدایت اینرسی با استفاده از ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها در هوانوردی، فضانوردی، کشتی ها و موشک ها استفاده می شوند.
ساختمان اساسی انواع ژیروسکوپ
ژیروسکوپ یک درجه آزادی:
در ژیروسکوپ یک درجه آزادی، روتور تنها قادر به حرکت دورانی حول محور خود است. این نوع ژیروسکوپ‌ها معمولاً دارای یک روتور است که متصل به یک محور چرخش است. وقتی نیرویی به روتور اعمال می شود، آن به دوران می افتد و نگه می دارد. این نوع ژیروسکوپ برای اندازه گیری سرعت چرخش و جهت در فضا استفاده می شود. همچنین در صنایع هوانوردی و فضایی برای کنترل و استبیلیزاسیون سیستم‌ها نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
ژیروسکوپ دو درجه آزادی:
در ژیروسکوپ دو درجه آزادی، روتور قادر به حرکت دورانی حول دو محور مستقل است. این نوع ژیروسکوپ‌ها معمولاً دارای یک روتور است که قادر به حرکت دورانی حول محور اصلی و محور جانبی است. با ترکیب حرکت‌های این دو محور، ژیروسکوپ دو درجه آزادی قادر به تشخیص و اندازه‌گیری جهت دقیق در فضا است. این نوع ژیروسکوپ‌ها در صنایع هوانوردی، فضایی و نظامی برای کنترل و هدایت سیستم‌ها استفاده می شوند.
تقسیم بندی ژیروسکوپ ها بر حسب نوع کاربرد
به تقسیم بندی ژیروسکوپ ها بر اساس نوع کاربرد، می‌توان آنها را به چهار دسته زیر تقسیم کرد:
- ژیروسکوپ های هدایت و ناوبری:
این نوع ژیروسکوپ ها برای هدایت و ناوبری استفاده می‌شوند. وظیفه اصلی آنها ایجاد امتدادهای معین در فضای اینرسی است. این ژیروسکوپ ها بسیار دقیق هستند و توانایی حس کنندگی بالایی دارند. خطای آنها کم است و اغلب در هواپیماها، بالگردها، فضاپیماها و موشک‌های دوربرد استفاده می‌شوند. - ژیروسکوپ های پایداری و کنترل:
این نوع ژیروسکوپ ها برای حس کردن و کنترل حرکات زاویه‌ای استفاده می‌شوند. آنها نیاز به دقت بالایی که در ژیروسکوپ های هدایت و ناوبری استفاده می‌شود را ندارند. این نوع ژیروسکوپ ها در هواپیماها و موشک‌ها استفاده می‌شوند، معمولاً با وظیفه‌هایی که نسبت به ژیروسکوپ های هدایت و ناوبری متفاوت است. - ژیروسکوپ های درگیری، هدف‌یابی و کنترل آنتن:
این نوع ژیروسکوپ برای درگیری، هدف‌یابی و کنترل آنتن در وسایل فضایی استفاده می‌شود. معمولاً در موشک‌هایی که صفحه رادار آنها روی هدف قفل می‌شود و سپس موشک را تا رسیدن به هدف هدایت می‌کند، کاربرد دارد. - ژیروسکوپ های تجزیه و تحلیل اطلاعات پروازی:
این نوع ژیروسکوپ برای تجزیه و تحلیل اطلاعات پروازی، در حین پرواز یا پس از آن، استفاده می‌شود.
انواع ژیروسکوپ
انواع ژیروسکوپ‌ها شامل موارد زیر می‌شوند:
- ژیروسکوپ‌های DTG: این نوع ژیروسکوپ‌ها بر اساس حرکت زاویه‌ای عمل میکنند و تقریباً در سال 1960 ابداع شده‌اند. در این ژیروسکوپ‌ها، محور دورانی توسط زوج میله‌های فنر پیچشی حرکت می‌کند و عملکرد آنها به گونه‌ای است که دستگاه مشابه یک ژیروسکوپ روتور آزاد عمل می‌کند. این ژیروسکوپ‌ها از نظر ابعاد بسیار کوچک و سبک هستند.
- ژیروسکوپ‌های لیزری: در این نوع ژیروسکوپ‌ها، هیچ جسم تحرکی برای ایجاد اندازه حرکت خطی یا زاویه‌ای وجود ندارد. اما به دلیل کاربردهای مشابه با ژیروسکوپ‌های معمولی برای اندازه‌گیری دوران، آنها را در زمره ژیروسکوپ‌ها قرار می‌دهند. در این ژیروسکوپ‌ها، از دو پرتو نوریزر در یک مسیر بسته و در دو جهت مخالف استفاده می‌شود. این نوع ژیروسکوپ‌ها برای کاربردهای هواپیماها و سیستم‌های ناوبری استفاده می‌شوند و مزیت آنها شامل اطمینان بیشتر، دامنه دینامیکی وسیع و مقاومت خوب در برابر شتاب‌های زیاد است.
- ژیروسکوپ‌های فیبر نوری: این نوع ژیروسکوپ‌ها از آخرین پیشرفت‌ها در ساخت ژیروسکوپ‌ها بهره می‌برند. آنها کوچک، قابل روشن شدن فوری، با عمر طولانی، بدون نیاز به خدمات نگهداری و هزینه‌ی کم هستند. عملکرد آنها مشابه ژیروسکوپ‌های لیزری است، اما به جای لیزر از نور پولاریزه استفاده میکنند. این تکنولوژی در اواسط دهه 1970 در دانشگاه یوتا آمریکا ابداع شد.
- ژیروسکوپ‌های دیاپازونی: این نوع ژیروسکوپ‌ها بر اساس حرکت خطی عمل میکنند و الهام گرفته شده از سامانه حفظ تعادل برخی حشرات است. در این ژیروسکوپ‌ها، دو شاخکعمود بر یک محور خطی قرار دارند و به صورت تغییرات مقاومت الکتریکی در شاخک‌ها به اندازه‌گیری حرکت خطی می‌پردازند.
این ژیروسکوپ‌ها معمولاً در دستگاه‌های ناوبری، رباتیک، پهپادها، خودروهای هوشمند و سیستم‌های استابیلایزر استفاده می‌شوند.
به طور کلی، ژیروسکوپ‌ها برای اندازه‌گیری و ثبت حرکت یا تغییر جهت در فضا استفاده می‌شوند. این ابزارها در صنایع مختلف، از جمله صنایع هوافضا، خودروسازی، ماشین‌آلات، رباتیک، ناوبری و ارتباطات استفاده می‌شوند.
انواع حركتهای متحرک در فضا
هر متحرک در فضا شش درجه آزادی دارد که شامل سه حرکت خطی و سه حرکت دورانی است.
برای تعیین حرکت دورانی یک متحرک در فضا، از سه محور عمود بر یکدیگر استفاده می‌شود، که عبارتند از: محور رول (Roll) یا محور طول (Longitudinal)، محور پیچ (Pitch) یا محور عرضی (Lateral)، و محور یاو (Yaw).
محور رول:
در این نوع محور، محور طولی یا جلو-عقب را محور رول می‌نامند و حرکت رول به معنی دوران متحرک حول محور طولی خودش است.
محور پیچ:
محور عرضی یا جنبی را محور پیچ گویند. حرکت پیچ به معنی دوران متحرک حول محور عرضی خودش است که محوری افقی است و عمود بر محور طولی قرار دارد.
محور یاو:
محور عمود بر دو محور رول و پیچ است و دوران متحرک حول این محور قائم را دوران یاو گویند.
همچنین، برای توصیف حالت یک متحرک در فضا، از مفاهیم زیر استفاده می‌شود:
- رأس‌گردانی (Heading): زاویه‌ای است که جهت متحرک در صفحه XY (صفحه افقی) نسبت به محور X را مشخص می‌کند.
- انحراف از افق (Pitch Attitude): زاویه‌ای است که جهت متحرک در صفحه ZX (صفحه عمودی) نسبت به محور Z را مشخص می‌کند.
- انحراف کناری (Bank Attitude): زاویه‌ای است که جهت متحرک در صفحه YZ (صفحه عمودی) نسبت به محور Y را مشخص می‌کند.
این مفاهیم برای تعیین وضعیت و جهت حرکت متحرک در فضا استفاده می‌شوند.
سيستم ناوبري اينرسي
این سیستم مجموعه‌ای است از ۳ ژیروسکوپ یک درجه آزادی یا ۲ ژیروسکوپ دو درجه آزادی و ۳ شتاب‌سنج که برای تشخیص و اندازه‌گیری جهت یا محورهای مختصات یا ایجاد محورهای مختصات چرخشی و همچنین بدست آوردن سرعت و شتاب زاویه‌ای استفاده می‌شود.
انواع محركهاي روتور ژيروسكوپ
انواع محرک‌های روتور ژیروسکوپ عبارتند از:
- موتور الکتریکی: در ژیروسکوپ‌ها معمولاً از موتور الکتریکی استفاده می‌شود. این نوع موتور برای ایجاد سرعت بالا در ابعاد کوچک مناسب است و در آن روتور بیرون از استاتور قرار می‌گیرد.
- محرک نخی یا تسمه‌ای: در برخی موارد مانند موشک‌ها و در مدت زمان کوتاه، از محرک نخی یا تسمه‌ای استفاده می‌شود. با کشیدن نخ یا تسمه، روتور شروع به چرخش می‌کند. محرک نخی در موشک‌های برد کوتاه و محرک تسمه‌ای در موشک‌های مالیوتکا استفاده می‌شود.
- گاز تحت فشار: با دمیدن گاز در پرده‌های روتور، روتور با سرعت زیادی به چرخش می‌آید. این روش در موشک‌های تاو استفاده شده است.
- فنر: فنر نیز برای حرکت روتور استفاده می‌شود. در برخی موارد، برای دستیابی به سرعت بسیار بالا در زمان کم، از ترکیب فنر و موتور الکتریکی استفاده می‌شود.
- چاشنی‌های انفجاری: در داخل روتور از چاشنی‌های انفجاری نیز استفاده می‌شود.
این انواع محرک‌ها برای ژیروسکوپ‌ها استفاده می‌شوند به منظور ایجاد و حرکت روتور و دستیابی به سرعت و شتاب مورد نیاز.
انواع ژيروسكوپ از نظر اتصال
انواع ژیروسکوپ از نظر اتصال عبارتند از:
ژیروسکوپ متصل به بدنه: در این نوع ژیروسکوپ، به بدنه متصل می‌شود و با حرکت بدنه همراه است.
ژیروسکوپ با پایه ثابت: در این نوع ژیروسکوپ، به بدنه متصل نمی‌شود و بر روی یک صفحه که حرکت بدنه را معکوس شبیه‌سازی می‌کند نصب می‌شود. به همین دلیل همیشه در موقعیت ثابت قرار دارد. این نوع ژیروسکوپ خیلی گران قیمت و دقیق است.
خرید و فروش ژیروسکوپ
بطور خلاصه ژیروسکوپ یک سنسور است که برای اندازه‌گیری و تشخیص جهت یا زاویه چرخش استفاده می‌شود. این دستگاه قادر است تا به صورت پایا، جهت یا زاویه چرخش را در فضا تعیین کند و بر اساس اصل حفظ جهت یا زاویه چرخش، اطلاعات مورد نیاز را ارائه دهد.
برای اطلاعات دقیقتر درباره مشخصات فنی، اندازه‌ها و قیمت ژیروسکوپ ، بهتر است با تامین کنندگان و تولیدکنندگان معتبر تماس بگیرید. شرکت تجهیز صنعت خرید و فروش انواع تجهیزات ابزار دقیق، تجهیزات آزمایشگاهی و تجهیزات پایپینگی، محصولاتی متناسب با نیازهای شما در زمینه ژیروسکوپ را ارائه می‌دهد.
این شرکت دارای کارشناسان متخصص و با تجربه است که می‌توانند اطلاعات دقیقی در مورد مشخصات فنی، قیمت ژیروسکوپ ، خرید ژیروسکوپ و فروش ژیروسکوپ ارائه دهند و شما کاربران را در انتخاب بهترین گزینه هدایت کنند.
عوامل تاثیر گذار بر قیمت ژیروسکوپ
عوامل تأثیرگذار بر قیمت ژیروسکوپ شامل موارد زیر می‌شود:
دقت:
ژیروسکوپ‌های با دقت بالا عموماً قیمت بیشتری دارند. دقت بالا نیاز به استفاده از تکنولوژی پیشرفته‌تر، مواد با کیفیت بالا و فرآیندهای دقیق تولید دارد که هزینه بیشتری را ایجاد می‌کند.
اندازه:
ژیروسکوپ‌های کوچکتر عموماً هزینه کمتری دارند، زیرا نیاز به استفاده از مواد کمتری و فضای کوچکتر برای تولید دارند. با این حال، در برخی موارد، اگر تمام اجزای کوچک در اندازه و دقت تولید شوند، قیمت آنها ممکن است بیشتر از اندازه‌های بزرگتر باشد.
تکنولوژی استفاده شده:
استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته و نوآورانه برای تولید ژیروسکوپ‌ها هزینه‌بر است. تحقیق و توسعه برای بهبود عملکرد و دقت، استفاده از مواد و فرآیندهای جدید، و ایجاد تکنولوژی‌های پیشرفته می‌تواند قیمت را افزایش دهد.
قابلیت‌های خاص:
ژیروسکوپ‌ها با ویژگی‌های خاصی مانند مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت، مقاومت در برابر لرزش و شوک، خروجی سیگنال رقمی، یا قابلیت ارتباط بی‌سیم ممکن است هزینه بیشتری داشته باشند.
این عوامل تنها بخشی از عواملی هستند که می‌توانند بر قیمت ژیروسکوپ تأثیر بگذارند و ممکن است عوامل دیگری نیز وجود داشته باشند. در کل، ژیروسکوپ بستگی به نیازها و مشخصات فنی مورد استفاده مشخص می‌شود و برای دقت بیشتر در اطلاع از قیمت، بهتر است با تأمین کننده یا توزیع کننده محصول تماس بگیرید.
توجه داشته باشید که این عوامل تنها برخی از عوامل ممکن هستند و قیمت نهایی ژیروسکوپ می تواند تحت تأثیر عوامل دیگر نیز در هر بازار و با توجه به شرایط مختلف متفاوت باشند.
برای دریافت اطلاعات دقیقتر و قیمت‌های فعلی، توصیه می‌شود با تامین کنندگان آن تماس بگیرید. تجهیز صنعت تامین کننده و وارد کننده انواع تجهیزات ابزار دقیق، شیر الات پایپینگی، لوله و اتصالات از جمله ژیروسکوپ میباشد. برای استعلام قیمت ها و مشاوره فنی با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید.
