Capteur gyroscopique et gyromètre

Résumé du document

Le gyroscope, du grec “qui regarde la rotation” est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment angulaire. Ce procédé permet de connaitre la position d'un objet par rapport au repère galiléen. L'effet gyroscopique est nettement sensible en moto, si le motard arrive rapidement en entrée de virage il va forcer pour incliner la moto dans le virage. Lors de la sortie du virage le motard va ré-accélèrer pour bénéficier de l'effet gyroscopique qui va redresser la moto. C'est l'effet gyroscopique.

Le gyroscope n'est pas un capteur, mais plutôt un phénomène physique, qui permet d'avoir en permanence un repère fixe. Le fait d'ajouter des capteurs, de position ou de vitesse, lui donne la fonction de capteur gyroscopique et peut ainsi être exploité dans un procédé industriel.

Un gyroscope peut être schématisé par un disque lourd en rotation rapide. Dans la Figure 5, le disque est fixé à l'intérieur de trois cadrans permettant une totale liberté sur les trois axes de liberté xx, yy et zz. On observe que lorsque le disque est à l'arrêt, un mouvement lent du cadran externe selon n'importe quel axe entraîne tout le système avec lui. Par contre, en rotation, le moment angulaire est bien présent et force le disque à garder sa position de lancement quels que soient les mouvements extérieurs.

Le disque en rotation à l'air fixe par rapport à la Terre. Mais en fait, il est fixe par rapport à trois étoiles lointaines (repère absolu). C'est d'ailleurs grâce à ça que Foucault a mis en évidence la rotation de la Terre.

Extraits

[...] Que cet objet soit une roue de moto, un disque de boussole ou une boule magnétique, les utilisations sont nombreuses et disparates. Les applications détaillées dans ce rapport sont liées à la science des capteurs et de leur fonctionnement. Voici la liste des capteurs exposés : Gyromètre à toupie Gyromètre à suspension électrostatique Gyromètre piézo-électrique Gyromètre laser Il existe bien d'autres usages pour les gyroscopes, comme la stabilisation de navires en mer ou l'indication du Nord en passant par la conduite des deux roues. [...]

[...] Le corps interne est fixé au moyen de deux paliers et sur l'armature interne. L'armature externe porte l'armature interne grasse à deux autres paliers. Ainsi, ce système permet de laisser au corps interne trois degrés de liberté et former un repère orthogonal de trois dimensions : L'axe xx formé par le corps solide interne L'axe yy formé par l'armature interne L'axe zz formé par l'armature externe Figure 7 : Axe de liberté du gyroscope Capture de la position : Grâce au système décrit précédemment nous pouvons connaitre la position absolue d'un objet. [...]

[...] Ils sont facilement intégrables et miniaturisables. Leurs principales applications sont : Le modélisme (échelle de quelques mm au cm) : ils servent à équilibrer et piloter les hélicoptères et autres avions miniatures par exemple. Ils remplacent avantageusement les gyroscopes mécaniques et on peut en trouver pour 100 Le même type de capteur peut-être trouvé pour de nombreuses applications. Les System On Chips (échelle des MEMs) : destinés à des applications où le faible encombrement est primordial, Figure 14: Gyroscope CMOS/AI Oxyde 2. [...]

[...] La vitesse augmente donc pour garder le moment angulaire constant. Figure Exemple de la patineuse 3. Le cas du gyroscope Figure Un gyroscope Un gyroscope, voir partie mécanique, peut être schématisé par un disque lourd en rotation rapide. Dans la Figure le disque est fixé à l'intérieur de trois cadrans permettant une totale liberté sur les trois axes de liberté xx, yy et zz. On observe que lorsque le disque est à l'arrêt, un mouvement lent du cadran externe selon n'importe quel axe entraîne tout le système avec lui. [...]

[...] Figure 10 : Bille + armature de maintien en lévitation), est une bille en matériaux magnétique qui est conçue de manière à produire un champ magnétique constant et dans une seule direction, pour simplifier c'est un aimant cylindrique constitué d'un pôle nord et d'un pôle sud. Figure 9 : Champs magnétique d'un aimant permanent Comme on peut le voir sur la figure précédant, le champ magnétique sort dans l'axe de l'aimant. C'est donc cette ligne de champ que nous allons mesurer. Les électroaimants permettent, premièrement de lancer et maintenir la bille magnétique en rotation et deuxièmement, permet de maintenir la bille en lévitation pour supprimé tout frottement qui provoquerait une perturbation de la rotation de la bille. [...]