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¿Qué es un Sensor de Velocidad Angular?

Los sensores de velocidad angular, también conocidos como sensores giroscópicos, son dispositivos utilizados para medir la cantidad de cambio angular por segundo. Estos sensores son capaces de detectar la actitud, la orientación y la vibración de los objetos. En el ámbito automotriz, los girosensores se utilizan para determinar la posición del vehículo en los sistemas de navegación, para detectar la velocidad de giro en los sistemas de control de tracción, y también para estabilizar la imagen en dispositivos como smartphones y cámaras digitales. Existen varios tipos de girosensores, incluyendo los rotomecánicos, los basados en vibración y los ópticos, y la elección del tipo adecuado depende de la aplicación específica.

Usos de los Sensores de Velocidad Angular

Los sensores de velocidad angular, se han utilizado en una amplia gama de equipos en los últimos años. A continuación se citan algunos ejemplos:

• Automóviles
  En los sistemas de navegación de los automóviles, se utilizan para detectar la posición del vehículo. En particular, cuando no se puede recibir el GPS, los sensores de velocidad angular se utilizan para determinar la ubicación actual.
  En el control de vehículos, se utilizan para detectar el comportamiento del vehículo y se emplean en dispositivos antipatinaje.
• Teléfonos inteligentes
  Los teléfonos inteligentes se utilizan para detectar la orientación y la rotación. También se utilizan para detectar la vibración de la cámara.

Principio de los Sensores de Velocidad Angular

Existen sensores de velocidad angular, con métodos rotomecánicos, ópticos y de vibración.
A continuación se describe cada uno de estos métodos.

• Tipo rotomecánico
  La detección se basa en la fuerza de Coriolis, una fuerza aparente que actúa sobre un objeto en rotación. Cuando se aplica una velocidad angular a un objeto en rotación, se genera un par que inclina el eje de rotación. La detección de este par permite detectar la velocidad angular.

• Tipo óptico
  La velocidad angular se calcula determinando la frecuencia de la luz, la intensidad de la luz y la interferencia a partir de la diferencia de tiempo causada por el efecto Sagnac, que es la diferencia entre el tiempo que tarda la luz en dar una vuelta a lo largo de una trayectoria luminosa circular giratoria en la dirección de rotación y el tiempo que tarda en dar una vuelta en la dirección opuesta.

• Método de vibración
  Actualmente es el método más común e incluye los tipos capacitivo y piezoeléctrico.
  El método electrostático detecta la velocidad angular por el cambio del punto electrostático debido al movimiento del electrodo móvil cuando hay un electrodo móvil y un electrodo fijo.
  En el tipo piezoeléctrico, los materiales piezoeléctricos pueden generar vibraciones y la velocidad angular se detecta midiendo el movimiento generado por la fuerza de Coriolis.

Ventajas de los Sensores de Velocidad Angular

Los sensores de velocidad angular, de alta precisión tienen las siguientes características:

• El ruido (ruido) generado por el propio dispositivo electrónico y el entorno que lo rodea puede provocar errores de medición y fallos de funcionamiento. En el caso de los sensores giroscópicos, el nivel de ruido es bajo y se pueden realizar mediciones estables.
• Tienen un alto grado de estabilidad en términos de la característica de temperatura del punto 0, que es el cambio en el valor inicial (punto 0) debido a cambios en la temperatura ambiente, y en la característica de temperatura de sensibilidad.

Además, las vibraciones distintas de la velocidad angular como la aceleración, y la baja influencia en el impacto son puntos clave para identificar un sensor con alta precisión y estabilidad.

Diferencias entre Sensores de Velocidad Angular y Sensores de Aceleración

Los sensores de velocidad angular y los sensores de aceleración son ambos un tipo de sensor que detecta el movimiento en el espacio inercial (espacio en el que se cumple la ley de la inercia), pero las acciones que miden son diferentes. Los sensores de velocidad angular detectan cambios en la rotación y orientación de los objetos, mientras que los sensores de aceleración detectan la velocidad a la que se mueven los objetos.

Cada uno tiene sus propias características, como se ha descrito anteriormente, pero cada sensor de detección por sí solo no puede detectar los complejos movimientos de los objetos, por lo que muchos dispositivos utilizan ambos sensores. Los sensores pueden colocarse en dos o tres ejes y en múltiples ángulos para detectar el movimiento de los objetos con mayor precisión.

Sin embargo, aumentar demasiado el número de sensores para aumentar la precisión puede ser difícil de conseguir debido al coste y a la colocación de los sensores. Por este motivo, ahora se dispone de sensores inerciales multieje, que combinan sensores de velocidad angular y sensores de aceleración.

Sensores de Velocidad Angular y Robots

El reto en el desarrollo de robots es que puedan caminar sobre dos piernas manteniendo un equilibrio estable y evitando los obstáculos. Los sensores son indispensables para realizar tales movimientos, y uno de ellos es el sensor de velocidad angular. La velocidad de rotación del robot cuando está a punto de caerse se mide como una señal, y el motor se mueve en la dirección opuesta a la señal para evitar que el robot se caiga.

Un solo robot puede ir equipado con dos o tres sensores para evitar que vuelque, y el desarrollo de girosensores de mayor rendimiento a lo largo de los años ha permitido que los movimientos del robot sean más suaves.