자이로스코프는 관성 좌표계에 대한 회전율을 측정하는 센서입니다. 따라서 회전 시 방향의 모든 후속 변화를 캡처합니다. 또한 지구 좌표계 자체가 회전하므로 지면에 놓인 자이로스코프도 시간당 약 15°의 지구 회전율을 감지합니다. 자이로스코프는 일반적으로 초당 도(°/s) 또는 초당 라디안(rad/s) 단위로 출력을 표시합니다.
작동 방식은 무엇입니까?
실제 응용 분야에서 시스템은 높은 주파수에서 회전율을 통합하여 센서 방향을 매우 정밀하게 결정합니다. 따라서 이 원리는 수직 자이로스코프, AHRS(Attitude and Heading Reference Systems), MRU(Motion Reference Units) 및 INS(Inertial Navigation Systems)를 포함한 모든 관성 센서의 기초를 형성합니다.
또한 이는 INS 프레임워크 내에서 위치와 속도를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 최고 성능의 자이로스코프(일반적으로 폐쇄 루프 광섬유 자이로스코프(FOG))는 바이어스 추정 없이 지구의 자전을 직접 측정합니다. 결과적으로 이러한 센서는 외부 참조에 의존하지 않고도 헤딩을 결정할 수 있으며, 이는 자이로컴퍼싱으로 알려진 기능입니다. 그러나 헤딩을 결정하는 데 사용할 수 있는 다른 기술도 있으며, 이는 이 기술에 대한 엄격한 제약을 줄이는 데 도움이 됩니다.
자이로스코프의 코리올리 및 사냑 효과
작동 원리와 관련하여 SBG Systems 자이로스코프는 회전을 측정하기 위해 코리올리 효과와 사냑 효과라는 두 가지 핵심 물리적 효과를 활용합니다. 특히 코리올리 효과는 MEMS 자이로스코프에서 사용됩니다. 증명 질량이 X 방향으로 진동할 때 수직 Z축을 중심으로 회전하면 Y축을 따라 움직이는 힘이 생성됩니다.
따라서 여러 MEMS 아키텍처는 일반적으로 진동 빔 또는 링을 사용하여 이 원리를 구현합니다. 특히 이러한 자이로스코프의 실제 성능은 MEMS 요소 크기 및 품질, 센서 패키징, 기계적 및 신호 처리 기술과 같은 요소에 따라 달라집니다.
FOG와 같은 광학 자이로스코프는 Sagnac 효과를 사용하여 회전을 측정합니다. 이 방법에서는 두 개의 광원이 반대 방향으로 루프를 형성합니다(시계 방향으로 하나, 시계 반대 방향으로 다른 하나). 회전이 없으면 광파가 동시에 도착합니다. 그러나 회전하는 동안 한 경로가 길어지고 다른 경로가 짧아집니다. 결과적으로 이는 간섭을 생성하며, 이를 측정하여 각속도를 추론할 수 있습니다.
관성 항법에서 자이로스코프의 애플리케이션
이러한 원칙들이 함께 적용되어 자이로스코프는 광범위한 애플리케이션에서 정확하고 신뢰할 수 있는 모션 데이터를 제공할 수 있습니다.
항공
항공 분야에서 이는 항공기 항법 및 안정성에 매우 중요합니다. 이는 다음 시스템에서 사용됩니다.
- 자세 지시계: 이러한 계기는 수평선에 대한 항공기의 방향을 표시하여 조종사가 적절한 피치 및 롤 각도를 유지하도록 돕습니다.
- 자동 조종 시스템: 자이로스코프는 자동 조종 시스템에 피드백을 제공하여 항공기의 기수 방향, 고도 및 코스를 자동으로 제어할 수 있도록 합니다.
- 관성 항법 시스템(INS): INS는 자이로스코프를 사용하여 항공기의 움직임과 방향을 추적하여 GPS 신호를 사용할 수 없는 경우에도 정확한 위치 정보를 제공합니다.
해상 내비게이션
해상 항법과 관련하여 자이로스코프는 선박과 잠수함의 안정성과 코스 유지를 지원합니다.
- 자이로컴퍼스: 자이로컴퍼스는 지구 자기장과 독립적으로 정확한 방향 정보를 제공하여 항해자가 일정한 코스를 유지하도록 돕습니다.
- 안정화 시스템은 이러한 센서를 사용하여 롤링 및 피칭을 줄여 승객의 편안함을 향상시키고 안전을 보장합니다.
우주
우주선 및 인공위성의 경우, 자이로스코프는 방향 및 제어에 필수적입니다.
- 자세 제어 시스템: 자이로스코프는 회전 운동에 대한 정확한 측정값을 제공하여 우주선의 방향 제어를 돕고 도킹, 위치 설정 및 기동과 같은 작업에 매우 중요합니다.
- 관성 측정 장치(IMU): 자이로스코프를 포함하는 IMU는 정확한 공간 포지셔닝 및 제어를 보장하기 위해 내비게이션 및 안정성을 제공합니다.