Приложения

Резонансная частота микросхемы акселерометра является очень важным показателем производительности, который связан с рабочим диапазоном частот датчика.1. Определение резонансной частотыСам акселерометр представляет собой механическую конструкцию, поэтому он также имеет свою собственную частоту. Как показано на графике амплитудно-частотной характеристики на рисунке 1, когда частота внешних колебаний приближается к резонансной частоте, датчик начинает резонировать, и чувствительность акселерометра быстро возрастает. Соответствующая частота в этот момент является резонансной частотой.2. Влияние резонансной частоты на характеристики датчика.Чем меньше размер датчика, тем выше резонансная частота. Верхний предел частоты акселерометра зависит от резонансной частоты на амплитудно-частотной кривой. Как правило, рабочий диапазон частот акселерометра составляет менее 1/3 от его собственной резонансной частоты. Когда измеренная частота колебаний значительно ниже резонансной частоты, выходной сигнал акселерометра пропорционален измеренному ускорению.3. Факторы, влияющие на резонансную частотуКак упоминалось выше, увеличение резонансной частоты сенсорного чипа позволяет расширить диапазон рабочих частот, увеличить плоскую полосу частот датчика, расширить рабочий диапазон, использовать акселерометр в большем количестве сценариев и повысить его применимость. Однако на практике увеличение резонансной частоты также ограничивает возможности. Согласно следующей формуле, чем меньше масса блока, тем больше резонансная частота.Где f0 — резонансная частота, K — эквивалентная жесткость акселерометра, а M — эквивалентная масса датчика.Таким образом, резонансная частота является жестким ограничением, определяющим доступный диапазон частотной характеристики акселерометра. Разумное проектирование и применение требуют, чтобы рабочая частота была ограничена менее чем 1/3 резонансной частоты, а в высокоточных приложениях — менее чем 1/5 для обеспечения линейности и надежности. Частотная характеристика ADXL356, показанная на рисунке 2, имеет резонансную частоту приблизительно 5,5 кГц и полосу пропускания 3 дБ 2,5 кГц. В высокоточных приложениях частота среза фильтра нижних частот обычно устанавливается менее чем на 1 кГц.

Краткий обзор содержания статьи В области современных навигационных технологий точность и надежность являются важнейшими требованиями. Высокоточные навигационные решения необходимы как для военных систем обороны, так и для аэрокосмических аппаратов, океанских судов и автономных транспортных средств. Среди многочисленных навигационных датчиков волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) стал ключевым компонентом систем точной навигации благодаря своим уникальным преимуществам. Волоконно-оптический гироскоп состоит из лазерного источника света, волоконно-оптической катушки, соединителя и фотодетектора, а принцип его работы основан на эффекте Сагнака. Лазер разделяется на два луча и распространяется в волоконной катушке по часовой и против часовой стрелки соответственно. Когда система неподвижна, два световых луча возвращаются одновременно и интерферируют деструктивно; когда система вращается, два световых луча создают разность фаз, и, обнаруживая эту разность фаз, можно точно измерить угловую скорость вращения. Технические характеристики волоконно-оптического гироскопа 1.       Высокая точность и высокая стабильность: Волоконно-оптические гироскопы не имеют механических вращающихся компонентов, что позволяет избежать износа и проблемы дрейфа традиционных механических гироскопов и чрезвычайно высокая точность измерений. Точность и долговременная стабильность. Дрейф современных высокоточных волоконно-оптических гироскопов может достигать значений ниже определенного предела. 0,001/ч.2.       Быстрый ответБлагодаря использованию принципов оптических измерений, волоконно-оптические гироскопы обладают чрезвычайно высокой скоростью. высокая скорость отклика и способность обнаруживать мгновенные изменения угла в реальном времени, что имеет решающее значение для точное управление высокоскоростными движущимися объектами.3.       Высокая помехоустойчивостьВолоконно-оптические гироскопы обладают высокой устойчивостью к электромагнитным помехам, вибрации и ударопрочность делает их пригодными для работы в суровых условиях, таких как аэрокосмическая и военная отрасли. и другие приложения.4.       Длительный срок службы и отсутствие необходимости в техническом обслуживанииОтсутствие движущихся частей в конструкции обеспечивает волоконно-оптическому гироскопу чрезвычайно длительный срок службы. Срок службы обычно составляет до 10 лет и более, а требования к техническому обслуживанию минимальны, что значительно сокращает время службы. стоимость использования.5.       Широкий динамический диапазонСовременные волоконно-оптические гироскопы способны измерять угловые скорости в диапазоне от... 0,001°/ч до 1000 °/с, охватывающий широкий спектр потребностей в измерениях, начиная с крайне низких до сверхвысоких скоростей. Основные области применения волоконно-оптических гироскопов 1.              Аэрокосмическая отрасльВолоконно-оптический гироскоп является ключевым компонентом навигационных и систем наведения для самолетов, космических аппаратов и других летательных аппаратов, используемым для точного измерения ориентации, угловой скорости и курса летательного аппарата, обеспечивая безопасность полета и точную навигацию. В системах управления ориентацией спутников, ракет и других космических аппаратов волоконно-оптические гироскопы используются для стабилизации, ориентации и управления ориентацией, обеспечивая стабильное положение космического аппарата в космосе. В сценариях запуска ракет он используется для отслеживания и измерения траектории запуска ракеты для обеспечения точного запуска.2.              Военное поле В системах наведения ракет волоконно-оптический гироскоп является важным компонентом системы наведения, используемым для предоставления точной информации об ориентации и направлении, что обеспечивает точность попаданий ракеты. На военной технике, такой как танки и бронетехника, волоконно-оптические гироскопы используются для предоставления информации об ориентации и направлении для навигации, управления и наведения артиллерии. В подводной навигации инерциальная навигационная система, используемая на подводных лодках, предоставляет точную информацию о положении и ориентации.3.              Другие области примененияВолоконно-оптический гироскоп может использоваться для навигации судов, предоставляя точную информацию о курсе, положении и угловой скорости для навигации и управления судном. В таких областях, как разведка нефти и полезных ископаемых, волоконно-оптические гироскопы используются для измерения наклона и смещения грунта, для геологической разведки и управления бурением. Например, при наклонно-направленном бурении волоконно-оптические гироскопы используются для измерения точной ориентации и угла наклона буровых долот, что помогает обеспечить управление сложной траекторией скважины. В области промышленной автоматизации волоконно-оптические гироскопы используются для управления положением и отслеживания движения роботов, позиционирования и управления прецизионными приборами и т. д.Разработка волоконно-оптического гироскопа 1.              Интеграция и миниатюризация Благодаря развитию микрооптических и интегральных оптических технологий, волоконно-оптические гироскопы становятся все меньше по размеру и потребляют меньше энергии, что делает их применимыми в более портативных и встроенных системах. Компания Micro-Magic Inc., ведущий китайский разработчик и производитель инерциальных датчиков, разработала серию интегрированных волоконно-оптических гироскопов (G-F50, G-F70, G-F80, G-F98, G-F120) для удовлетворения различных потребностей клиентов.2.              Интеграция по нескольким осямТрадиционный одноосевой волоконно-оптический гироскоп (ВОГ) эволюционирует в интегрированный двух- или трехосевой инерциальный измерительный блок (ИМУ), обеспечивая более полное решение для измерения информации о движении. Компания Micro-Magic Inc. предлагает двухосевые волоконно-оптические гироскопы серий G-F2X70 и G-F2X64, а также трехосевые волоконно-оптические гироскопы серий G-F3X35, G-F3G70, G-F3G90 и G-F3X112.3.              Повышение производительностиБлагодаря усовершенствованию волоконно-оптических материалов, оптимизации оптической конструкции и применению технологии цифровой обработки сигналов, точность и стабильность современных волоконно-оптических гироскопов продолжают улучшаться. В качестве примера можно привести высокоточный волоконно-оптический гироскоп G-F120H производства Micro-Magic Inc. В нем используются передовые интегрированные оптические технологии и схема замкнутого контура на базе FPGA, что обеспечивает более высокую точность, шумоподавление и эффективность по сравнению с аналогичными технологиями. Стабильность нулевого смещения составляет всего 0,002. °/h (1σ, 100 с), а коэффициент случайного блуждания равен ≤ 0,001 °/√ч.  Заключение Волоконно-оптический гироскоп, как основной датчик современной точной навигации, играет незаменимую роль.  В ключевых областях, таких как военная, аэрокосмическая, морская промышленность и автономное вождение, волоконно-оптические гироскопы используются благодаря высокой точности, надежности и высокой помехоустойчивости. С непрерывным развитием технологий волоконно-оптические гироскопы совершенствуются, становясь более производительными, компактными и недорогими, и сфера их применения будет расширяться. В будущих интеллектуальных и автономных навигационных системах волоконно-оптические гироскопы сохранят свою ключевую роль, обеспечивая точное направленное управление для исследования и передвижения человека.

Регулирование нагрузки относится к изменению выходного напряжения при изменении тока нагрузки от минимального значения до максимального при неизменном входном напряжении, то есть к способности поддерживать стабильное выходное напряжение при постоянном изменении тока нагрузки. Это показатель установившегося состояния. Показатель регулирования нагрузки на выходе обычно выражается в мВ в спецификации LDO. Из определения видно, что чем меньше регулирование нагрузки, тем лучше. При резком изменении тока нагрузки, чем меньше изменение выходного напряжения, тем лучше характеристики LDO.В случае LDO-источников выходное напряжение различается при разных значениях тока нагрузки. Например, предположим, что ток нагрузки определенного LDO изменяется от 10 мА до 300 мА, тогда выходное напряжение изменяется от 3,3 В до 3,28 В, то есть при токе нагрузки 10 мА выходное напряжение составляет 3,3 В; при токе нагрузки 300 мА выходное напряжение составляет 3,28 В. Если выразить регулирование нагрузки в мВ, то это будет 3,3 В - 3,28 В = 0,02 В = 20 мВ. Это означает, что при токе нагрузки в диапазоне 10 мА - 300 мА максимальное изменение выходного напряжения не превышает 20 мВ.Выходные конденсаторы разных размеров имеют разную скорость стабилизации нагрузки. Чем больше выходной конденсатор, тем стабильнее будет выходное напряжение.На рисунке ниже, когда зеленый индикатор Iout внезапно возрастает, на выходе LDO наблюдается провал, который соответствует коэффициенту регулирования нагрузки.

Одна минута на прочтение основных положений статьи.Применение модуля преобразования частоты тока в инерциальной сенсорной системе Модуль интерфейса интегратора заряда играет решающую роль в измерительных системах инерциальных датчиков (особенно емкостных инерциальных датчиков MEMS), в частности, в приложениях, требующих высокой точности, низкого уровня шума и широкого динамического диапазона. Его основная ценность заключается в прямом и высокоточном преобразовании слабого сигнала заряда, выдаваемого датчиком, в цифровой частотный сигнал. Ниже представлены типичные области применения и преимущества модуля интерфейса интегратора заряда в системах инерциальных датчиков: Емкостной MEMS-акселерометр/Показания сигнала гироскопа Модуль интегратора заряда используется для обнаружения малых изменений емкости в выходных сигналах инерциальных MEMS-датчиков (акселерометров, гироскопов). Он непосредственно измеряет заряд и чрезвычайно чувствителен к изменениям заряда на уровне фКл (летающих кулонов), что позволяет обнаруживать крайне малые инерционные силы. Сам процесс интегрирования представляет собой фильтр нижних частот, который эффективно подавляет высокочастотный шум. Используя частотные сигналы в качестве выходных, он нечувствителен к амплитудному шуму и помехам на пути передачи, что делает его пригодным для передачи на большие расстояния или использования в условиях сильного шума. Высокоточный инерциальный датчик с балансировкой силы (сервопривод/с обратной связью по усилию). В высокоточных инерциальных датчиках, таких как MEMS-датчики навигационного класса или кварцевые акселерометры, обычно используется режим работы с замкнутым контуром баланса сил. Обнаруженное небольшое смещение (измеряемое по изменению емкости/заряда) преобразуется в силу обратной связи, которая прикладывается к блоку масс, чтобы поддерживать его близким к нулю. В этом процессе проектирования модуль интерфейса выполняет двойную роль: источника сигнала для обнаружения на входе и ЦАП обратной связи. Это обеспечивает сверхвысокую точность, стабильность и прецизионное управление силой. В то же время это упрощает архитектуру управления с замкнутым контуром, позволяя эффективно реализовать всю систему с замкнутым контуром в области заряда/частоты/цифрового управления. Типичные сценарии применения l  Высокоточная навигация и позиционирование: высокоточные инерциальные навигационные системы и инерциальные измерительные блоки для авиации, аэрокосмической отрасли (спутники, ракеты), судов и наземных транспортных средств. Требования к стабильности нулевого смещения, уровню шума и линейности масштабного коэффициента чрезвычайно высоки.l  Для мониторинга землетрясений и геофизической разведки необходимо измерять чрезвычайно слабые колебания грунта (ускорение до мкг), при этом предъявляются строгие требования к низкочастотному шуму и динамическому диапазону.l  Промышленная автоматизация и робототехника: высокоточное управление движением, устойчивость платформы, мониторинг вибрации.l  Мониторинг состояния конструкций: обнаружение малых деформаций и вибраций в крупных зданиях, мостах и ​​плотинах.l  Автомобильная электроника: передовые системы помощи водителю, высокопроизводительные MEMS-инерциальные измерительные блоки, необходимые для автономного вождения. Модули преобразования интерфейсной частоты Компания Micro-Magic Inc., будучи разработчиком и производителем инерциальных датчиков, разработала и произвела серию высокоточных инерциальных датчиков, таких как кварцевые гибкие акселерометры, волоконно-оптические гироскопы, инерциальные измерительные блоки (IMU), инерциальные навигационные системы (INS), датчики направления на север и инклинометры. Одновременно с этим, совместно с компанией, были разработаны модули интегрируемых интерфейсов (V/F) серии AVI. АВИ-Ф  АВИ-Е  АВИ-Б Индекс эффективностиСпецификацияАВИ-ФАВИ-ЕАВИ-БЕдиницаМаксимальная выходная частота256512512кГцНулевое положение F01020100nAНулевая стабильность5510ppmТемпературный коэффициент масштабного фактора10,51ppm/℃Асимметрия масштабного коэффициента103030ppmМасштабный коэффициент комплексной нелинейности153030ppmОшибка малого сигнала0.20,50,5Hz               Заключение Модуль интегратора заряда (Charge Integrator I/F) является одной из ключевых технологий для достижения высокопроизводительного и высокоточного считывания сигналов емкостных инерциальных датчиков, особенно MEMS-акселерометров и гироскопов. Он является важным компонентом в передовых приложениях инерциальных измерений, требующих чрезвычайно низкого уровня шума, сверхвысокой линейности, широкого динамического диапазона и цифрового управления с обратной связью, обеспечивая критически важное решение для сигнальной цепи высокопроизводительных инерциальных датчиков на навигационном, тактическом и даже некоторых промышленных уровнях. С развитием MEMS-технологий и технологий схем считывания, схемы считывания, основанные на принципе интеграции заряда, продолжают играть важную роль в области высокопроизводительных инерциальных датчиков.АВИ-БАВИ-ЕАВИ-Ф 

Коэффициент подавления пульсаций источника питания (PSRR) — это отношение пульсаций входного напряжения к пульсациям выходного напряжения в децибелах (дБ), и его выражение выглядит следующим образом:Значение PSRR заключается в количественной оценке степени передачи изменений входной мощности на выход. Например, если PSRR определенной схемы составляет 60 дБ, то при каждом изменении входного напряжения питания на 1 В выходное напряжение будет колебаться всего на 1 мВ. Этот показатель особенно важен в аналоговых схемах (таких как операционные усилители, стабилизаторы напряжения), поскольку шум источника питания может напрямую приводить к искажению сигнала или ухудшению характеристик системы.Факторы, влияющие на коэффициент подавления синфазных помех (PSRR) источника питания LDO, связаны не только с частотой пульсаций, но и с током нагрузки, разностью входного и выходного напряжений, а также с емкостью выходного конденсатора. В частности, это проявляется в следующем: чем меньше падение напряжения, тем больше ток нагрузки, тем выше частота, и чем меньше емкость выходного конденсатора, тем ниже PSRR. Поэтому, когда требуется высокий коэффициент подавления синфазных помех, необходимо соответствующим образом увеличить разность напряжений, увеличить емкость выходного конденсатора и уменьшить ток нагрузки. На рисунке 1 показана принципиальная схема зависимости PSRR от частоты микросхемы источника питания AP2210 со сверхнизкой разностью падений напряжения. Из схемы видно, что на низких частотах PSRR может достигать 75 дБ.Рисунок 1. Зависимость коэффициента подавления пульсаций источника питания (PSRR) от частоты.Обычно LDO-источники питания обладают высоким коэффициентом подавления пульсаций источника питания (PSRR), поэтому пульсации на выходе низкие. Поэтому при проектировании схемы питания датчика, особенно датчика с аналоговым выходом, для обеспечения точности датчика обычно используют малошумный LDO-источник питания с малыми пульсациями. Пульсации на выходе импульсного источника питания велики и сильно зависят от величины нагрузки. С точки зрения эффективности, импульсный источник питания превосходит LDO-источники по КПД и имеет меньшее тепловыделение. Поэтому импульсные источники питания обычно используются в сочетании с LDO-источниками, а для подавления пульсаций на выходе используется высокое значение коэффициента подавления пульсаций источника питания LDO.

В ключевой области автономной навигации для беспилотных летательных аппаратов точность, надежность и стабильность определения направления напрямую определяют успех или неудачу миссии. Высокоточный шестиосевой электронный компас серии C9000, разработанный компанией Micro-Magic Inc., обеспечивает точное определение положения беспилотных летательных аппаратов и самолетов в любых погодных и ландшафтных условиях, соответствует военным техническим стандартам и имеет промышленный дизайн, наделяя устройства интеллектуальным «глазом» «определения направления».Серия C9000 состоит из высоконадежных и помехоустойчивых микроконтроллеров промышленного класса, высокоточных датчиков наклона, трехосевых магнитоизмерительных датчиков с интегрированной запатентованной технологией и микросхем драйверов. Разработанные собственные алгоритмы жесткой и мягкой магнитной калибровки позволяют компасу устранять влияние магнитных полей даже в условиях магнитных помех. Благодаря интеграции магнитометров для измерения геомагнитного поля и акселерометров для динамической компенсации достигается точность определения курса с точностью до долей градуса в сложных электромагнитных условиях, решая проблему определения ориентации при помехах от сигналов GPS. В автономном полете беспилотных летательных аппаратов шестиосевой электронный компас серии C9000 может корректировать дрейф курса, вызванный магнитными помехами, в режиме реального времени и использовать запатентованный алгоритм компенсации наклона для компенсации широкого диапазона углов наклона, обеспечивая стабильность полета и предоставляя высокоточную навигационную информацию в режиме реального времени даже в экстремально сложных условиях. Преимущества высокоточных компасов серии C9000 проявляются главным образом в следующих аспектах: 1. Сверхвысокоточная навигационная возможностьБлагодаря захвату горизонтальной компоненты магнитного поля Земли с помощью магнитного датчика и объединению ее с запатентованным алгоритмом компенсации наклона, компенсация курса применяется к широкому диапазону углов наклона, обеспечивая точность определения курса 0,2° RMS (угол тангажа).

Для предотвращения случайного неправильного подключения входного кабеля питания и, как следствие, выхода блока питания из строя, на входе обычно требуется схема защиты от обратной полярности. Одновременно с этим, для обеспечения безопасного диапазона входного напряжения, необходимо также обеспечить защиту от перенапряжения.Схема, показанная на рисунке 1, реализует интегрированную функцию защиты от обратного подключения и защиты от перенапряжения.Функция защиты от перенапряжения анализируется следующим образом: Когда Vin напряжение находится в нормальном диапазоне входного напряжения, стабилизатор напряжения Z1 не выходит из строя в обратном направлении, ток через R2 и R3 практически равен нулю, Vbe Значение P1 транзистора равно 0, то есть PNP-транзистор не включен, и Vgs Напряжение на PMOS-транзисторе Q1 определяется делителем напряжения на резисторах R4 и R5. Если Vgs превышает порог проводимости, PMOS-транзистор включается, то есть источник питания работает нормально; когда входное напряжение Vin превышает нормальное входное напряжение, в этот момент Vin>Vbr, стабилизатор напряжения пробован, PNP-транзистор Q1 включен, VCE≈0, то есть Vgs Значение PMOS-транзистора ≈ 0, и PMOS-транзистор выключен, то есть обеспечивается защита от перенапряжения.Функция защиты от обратного подключения анализируется следующим образом: защита от обратного подключения на входе реализуется с помощью NMOS-транзистора Q2. Когда на положительный полюс источника питания подается напряжение Vin, напряжение на затворе Vgs В этот момент транзистор NMOS Q2 находится в высоком состоянии. Q2 включен, транзисторы Q1, нагрузка RL и Q2 образуют замкнутый контур, и схема работает нормально; при обратной полярности положительного полюса источника питания относительно отрицательного вывода Q2 выключается, весь контур размыкается, и схема перестает работать, выполняя функцию защиты от обратного подключения.

Волоконно-оптический гироскоп стал предпочтительным основным компонентом для обеспечения высокой точности и надежности. инерциальные навигационные системы Благодаря своим значительным преимуществам, таким как полностью твердотельная конструкция, отсутствие движущихся частей, быстрый запуск, длительный срок службы, широкий динамический диапазон и высокая устойчивость к ударам и вибрации, волоконно-оптические гироскопы обладают высокой точностью и сложностью. Однако за выдающимися характеристиками волоконно-оптических гироскопов стоит чрезвычайно точный и сложный процесс их изготовления. От выбора и обработки специализированных оптических волокон, соединения и выравнивания прецизионных оптических компонентов до прецизионной намотки и отверждения сердцевины чувствительной катушки, а также интеграции сложных электронных систем и реализации сложных алгоритмов компенсации воздействия окружающей среды – каждый этап производства воплощает в себе кристаллизацию передовых достижений материаловедения, прецизионной оптической инженерии, микроэлектроники и передовой теории управления. Даже малейшее отклонение в процессе производства может оказать решающее влияние на точность, стабильность и надежность конечного продукта.Ниже приведено подробное описание процесса производства волоконно-оптических гироскопов.1. Производство волоконно-оптических колецКлючевым компонентом волоконно-оптического гироскопа является волоконное кольцо, и процесс его изготовления имеет решающее значение. Сначала необходимо выбрать высококачественные оптические волокна и намотать их в кольцевую форму с помощью точных процессов намотки. В ходе этого процесса необходимо строго контролировать натяжение оптических волокон, диаметр и плотность намоточного кольца, чтобы обеспечить работоспособность и стабильность волоконного кольца. После намотки выполняется нанесение клеевого покрытия и его отверждение для фиксации формы. Затем волоконное кольцо подвергается циклическому старению при различных температурах для устранения внутренних остаточных напряжений и повышения механической стабильности за счет нанесения эпоксидного покрытия.2. Интеграция оптических устройствПосле изготовления волоконно-оптического кольца его необходимо точно собрать с другими оптическими компонентами. В основном это включает сборку модуляторов Y-волновода и интеграцию источников света и детекторов для обеспечения плавных и стабильных оптических путей. Кроме того, требуется строгое тестирование собранных компонентов для обеспечения их соответствия проектным требованиям.3. Построение схемных системСоздание схемных систем включает в себя проектирование схем обработки сигналов и цепей обратной связи с замкнутым контуром. FPGA служит основным процессором для генерации сигналов модуляции в виде прямоугольных/пилообразных волн для управления Y-образным волноводом, смещения рабочей точки в чувствительную область и вычисления разности фаз (Δφ) выходного интерференционного сигнала детектора, которая преобразуется в угловую скорость (Ω). Динамическая компенсация разности фаз Сагнака осуществляется с помощью цифрового управления с замкнутым контуром для повышения линейности и динамического диапазона.4. Сборка и тестирование всего оборудования.После завершения изготовления волоконно-оптических колец, оптических компонентов и печатных плат следующим этапом является общая сборка. Этот процесс включает в себя герметизацию для обеспечения адаптации к окружающей среде, а также калибровку и компенсацию характеристик. Оптические и электронные блоки герметизируются внутри металлического экранирующего корпуса для изоляции от изменений температуры и влажности, а также электромагнитных помех. В изделиях военного класса используются корпуса из титанового сплава для повышения ударопрочности. Впоследствии был проведен ряд испытаний и калибровок волоконно-оптического гироскопа, включая калибровку нулевого смещения, температурную компенсацию и пороговые испытания, чтобы убедиться, что все показатели производительности соответствуют ожидаемым требованиям.Основные технологические трудности в процессе производства волоконно-оптических гироскопов включают в себя следующее:1. Точная намотка волоконно-оптических катушек.Напряжение, возникающее в процессе намотки волоконно-оптических катушек, может вызывать поляризационные ошибки. Решение заключается в использовании волокон, сохраняющих поляризацию, и применении симметричного процесса намотки.2. Упаковка и соединение интегральных оптических чипов (Y-образных волноводов)Y-образные волноводы являются основными многофункциональными интегрированными оптическими элементами волоконно-оптических гироскопов (ВОГ). В процессе упаковки и межсоединений точность выравнивания оптической оси чрезвычайно высока. Решением этой проблемы является использование активной системы выравнивания и сварочного аппарата для оптоволокна с сохранением поляризации.3. Температурный дрейфИзменения температуры могут вызывать фазовый дрейф гироскопа, влияя на точность измерений. Решение заключается в использовании многоступенчатых деполяризаторов и применении сегментированных алгоритмов температурной компенсации для устранения влияния температурного дрейфа.

Quartz flexible accelerometers are widely used in aerospace, inertial navigation, precision measurement and other fields due to their advantages of high precision and stability. However, its core sensitive component - quartz flexible pendulum - is very fragile and extremely sensitive to vibration environments. Vibration may cause performance degradation, zero shift, and even structural damage. Therefore, strict vibration testing and effective anti vibration measures are crucial.   Purpose of Vibration Testing   The purpose of vibration testing is to evaluate the performance, structural integrity, and reliability of accelerometers in actual or expected vibration environments. The main types of testing include sine vibration testing and random vibration testing. Sine vibration testing is to find the resonant frequency of the structure and evaluate its response and tolerance at specific frequencies. Typically, within the specified frequency range (e.g., 5 Hz – 2000 Hz or higher, according to the specification), a linear or logarithmic sweep is performed along three mutually perpendicular axes. Frequencies exhibiting an abnormal increase in accelerometer output (response amplification) are recorded. Special attention should be paid to the first-order and second-order flexural resonant frequencies of the quartz flexure, as these frequencies are most prone to damage. The relationship between the input vibration and output signal is analyzed. Perform fixed frequency vibration for a specified duration (such as several minutes) on the identified resonant frequency points (especially the pendulum resonance points) to test their fatigue life and stability. Random vibration testing is to simulate wideband, random vibration excitations in actual environments (such as rocket launches, engine noise, aerodynamic turbulence, vehicle driving), and evaluate their comprehensive performance under statistically distributed vibrations. Apply vibrations with specific power spectral density patterns along three mutually perpendicular axes within the specified frequency range. The scale of testing is usually higher than that of sine testing, which can better reflect the real environment. PSD spectra and Grms values are developed based on specifications or measured data. The key monitoring parameters in the test include output signals, physical status, and performance verification. The output signal mainly observes zero offset, scale factor changes, increased noise levels, abnormal outputs (saturation, oscillation), etc; The physical state mainly involves checking whether the accelerometer has any abnormal noise, whether the structure is loose, and whether there is any damage to the appearance (after testing, the cover needs to be opened to check the swing plate); Performance validation mainly involves comprehensive static performance testing of accelerometers before, during, and after vibration (zero bias, scale factor, second-order nonlinearity, threshold, resolution, repeatability, etc.), comparing the effects of vibration.   Vibration Mitigation Measures   To address the vulnerability of quartz flexure accelerometers, vibration resistance measures must be implemented at multiple levels.   (1)      Core sensitive structure design and process Firstly, it is necessary to optimize the design of the oscillating plate. While meeting the requirements of sensitivity and bandwidth, the thickness of the oscillating plate should be appropriately increased (balancing sensitivity), the shape and support structure should be optimized, and the lowest order resonant frequency should be maximized to be higher than the expected main vibration environment frequency (ideally higher than twice). Avoid resonance frequencies falling in the main vibration energy concentration zone. Secondly, it is precision manufacturing and assembly, strictly controlling the machining accuracy and symmetry of key components such as swing plates, torque converter coils, differential capacitor plates, etc., to ensure uniform stress distribution and reduce internal stress concentration points. Reliable processes such as laser welding are used to connect the swing plates to the base. Finally, the selection of materials should be based on high-strength and high stability quartz materials, and the stiffness and damping characteristics of the base and shell materials should also be considered.   (2)      Internal mechanical isolation and damping Firstly, apply a small amount of special damping adhesive (such as silicone rubber base) on the non sensitive area of the swing plate or the supporting beam. This is one of the most commonly used and effective measures, which can significantly reduce the resonance Q value and decrease the resonance amplification factor. However, extreme caution should be taken to avoid affecting sensor performance (such as introducing thermal stress, affecting symmetry, and increasing mass). Secondly, a micro isolation system (such as low stiffness, high damping rubber pads, metal rubber, micro wire rope isolators, etc.) should be designed between the core of accelerometer (including the core components of the swing plate assembly) and the housing base to isolate the transmission of high-frequency vibrations to the sensitive core. The stiffness, damping, and load-bearing capacity need to be carefully designed.   (3)      Sealing and Filling Encapsulating silicon gel or silicone rubber with low modulus and high damping in the inner cavity of the accelerometer (usually between the core and the shell) is another very effective anti vibration measure (especially anti shock and high-frequency vibration). Silicon gel or silicone rubber provides damping and absorbs vibration energy; Support internal structure and suppress relative motion; Protect internal components from contamination and moisture. The sealing adhesive needs to have extremely low shrinkage stress, excellent thermal stability, good adhesion, low air release, and low permeability (especially for space applications). The sealing process (excluding bubbles and curing) is crucial, as poor sealing can actually introduce stress or contamination.   (4)      External installation and system level vibration isolation Optimize the installation interface to ensure that the installation base is flat and rigid. Tighten the connecting bolts evenly to the specified torque to avoid introducing local stress or reducing overall stiffness due to improper installation. At the same time, install appropriate external shock absorbers between the accelerometer and vibration sources such as engine mounts and aircraft structures. Select the type of isolator (such as metal rubber isolator, wire rope isolator, viscoelastic damping isolator) based on the characteristics of the main vibration frequency, and its natural frequency should be much lower (usually <1/√ 2 times) than the lowest main vibration frequency that needs to be isolated. The load-bearing capacity of the isolator, environmental adaptability (temperature, vacuum), and the impact on the low-frequency performance of the sensor also need to be considered.   Test cases   Taking the AC-9 series high-precision quartz accelerometer produced by Micro-Magic Inc as an example, the influence of vibration environment on the K0 index of the accelerometer is tested. Before vibration, the quartz accelerometer is in a 0g state, the product is powered on, data is collected for 1 minute, and take the average of the data, denoted as ; Start the vibration table under the following vibration conditions: 6g, random vibration at 200~2000Hz, wait for the vibration table to stabilize, collect data for 1 minute, and take the average of the data, denoted as ; Rotating vibration fixture, quartz accelerometer in 0g state, then power on the product, collect data for 1 minute, and take the average of the data, denoted as . By calculation, it can be concluded that:   Conclusion   The vibration problem of quartz flexible accelerometers is a system engineering issue that needs to be addressed throughout the entire process of design, manufacturing, testing, and application. When selecting and designing anti vibration measures, careful trade-offs must be made to ensure that the core performance indicators of the accelerometer are not significantly sacrificed while improving the anti vibration capability, and other environmental adaptability requirements are met.   AC-9    

Для предотвращения случайного неправильного подключения входного кабеля питания и, как следствие, выхода блока питания из строя, на входе обычно требуется схема защиты от обратной полярности. Одновременно с этим, для обеспечения безопасного диапазона входного напряжения, необходимо также обеспечить защиту от перенапряжения.Схема, показанная на рисунке 1, реализует интегрированную функцию защиты от обратного подключения и защиты от перенапряжения.Функция защиты от перенапряжения анализируется следующим образом: когда Vin находится в нормальном диапазоне входного напряжения, стабилизатор напряжения Z1 не выходит из строя в обратном направлении, ток R2 и R3 практически равен 0, Vbe транзистора P1 равно 0, то есть PNP-транзистор не включен, а Vgs PMOS-транзистора Q1 определяется делителем напряжения резисторов R4 и R5. Vgs превышает порог проводимости, и PMOS-транзистор включается, то есть источник питания работает нормально; когда входное напряжение Vin превышает нормальное входное напряжение, в этот момент Vin > Vbr, стабилизатор напряжения выходит из строя, PNP-транзистор Q1 включается, VCE ≈ 0, то есть Vgs PMOS-транзистора ≈ 0, и PMOS-транзистор выключается, то есть достигается защита от перенапряжения.Функция защиты от обратного подключения анализируется следующим образом: защита от обратного подключения на входе реализуется с помощью NMOS-транзистора Q2. Когда на вход подается положительный полюс источника питания от Vin, напряжение на затворе NMOS-транзистора Q2 становится высоким. В это время Q2 включается, Q1, нагрузка RL и Q2 образуют замкнутый контур, и схема работает нормально; когда положительный полюс источника питания поменяется местами с отрицательным выводом, Q2 выключается, весь контур размыкается, и схема перестает работать, тем самым выполняя функцию защиты от обратного подключения. 

В области точных измерений и управления технология высокоточного преобразования тока в частоту имеет решающее значение. Модуль преобразования интерфейса AVI-F серии, выпущенный компанией Micro-Magic Inc., стал идеальным выбором для высокопроизводительного сбора данных акселерометра инерциальных навигационных систем, цифрового сбора слабых сигналов тока и других задач.Благодаря превосходным и стабильным характеристикам, он востребован в различных сценариях. Схема AVI-F состоит из источника опорного напряжения, источника постоянного тока, интегратора, плеча интегратора, логического управляющего устройства CPLD и т. д. Токовый сигнал акселерометра может быть напрямую преобразован в импульсную частоту, представляя собой аналого-цифровой преобразователь с высокой точностью и хорошим разрешением. В схеме AVI-F используется принцип интегрирования с балансом заряда, что обеспечивает получение сигнала без потерь и снижает влияние шума, например, от источника питания. Это идеальная схема для создания высокопроизводительных инерциальных навигационных систем. В чём заключаются основные преимущества продукции серии AVI-F? 1. Высокая точность и стабильность. Модуль серии AVI-F использует метод интегрирования заряда, обеспечивая максимальную выходную частоту 256 кГц, смещение нуля всего 10 нА и комплексную нелинейную ошибку всего 20 ppm, что гарантирует высокую точность и надежность преобразования сигнала. Его температурный коэффициент масштабирования составляет всего 1 ppm/℃, и он демонстрирует стабильность во всем диапазоне температур, что делает его подходящим для работы в суровых условиях от -45℃ до 70℃. 2.Высококачественная конструкция оборудования Используются высокопроизводительные компоненты, в основном поверхностного монтажа (SMD), отличающиеся малыми размерами и высокой точностью. На уровне печатной платы применяются прецизионные источники постоянного тока и высокоточные мультиметры для точной калибровки, включая симметрию и линейность. 3.Многофункциональный выходной интерфейс Модуль поддерживает три независимых импульсных выхода (каналы X/Y/Z), каждый из которых содержит положительные и отрицательные импульсные сигналы тока. Одновременно добавлена ​​функция последовательного порта RS422, которая отправляет импульсы с частотой 1 кГц, что упрощает процесс сбора данных и повышает эффективность интеграции системы. 4.Низкое энергопотребление и локализованная конструкция Требования к питанию составляют ±15 В и +5 В, при этом ток в установившемся режиме составляет всего 0,2 А, а показатели энергопотребления превосходны. Все компоненты на 100% произведены внутри страны, что обеспечивает надежность цепочки поставок и соответствие независимым и контролируемым требованиям. Типичные области применения продукции серии AVI-F а. Инерциальная навигационная система: Точное преобразование сигналов акселерометра для повышения точности навигации.б. Промышленная автоматизация: мониторинг текущих сигналов в реальном времени и оптимизация процессов управления.с. Исследовательское оборудование: высокоточное получение данных для проведения прецизионных экспериментов. Почему стоит выбрать модуль AVI-F? Модуль преобразования интерфейса AVI-F сочетает в себе высокую точность, низкое энергопотребление и многофункциональность, что делает его разумным выбором для пользователей, стремящихся к высокой производительности и надежности. Он обеспечивает стабильные и эффективные решения как в сложных условиях эксплуатации, так и в комплексных приложениях. АВИ-ФЧто бы вам ни понадобилось, Micro-Magic всегда рядом.  

В соответствии с топологией двухпроводной схемы, силовой ток модулируется датчиком, а затем возвращается в схему сбора сигнала. Если выходная часть схемы не подвергается обработке, то в случае короткого замыкания датчика или неправильной работы конечного пользователя, вызывающей короткое замыкание, существует высокая вероятность повреждения питания или повреждения схемы сбора сигнала. Чтобы избежать этой ситуации, необходимо добавить в схему, обеспечивающую питание датчика напряжением 24 В, схему ограничения тока для ограничения тока в безопасном диапазоне (например, ниже 30 мА), чтобы предотвратить катастрофические сбои.Ниже представлена ​​схема защиты от ограничения тока, обеспечивающая подачу питания 24 В на датчик при проектировании схемы сбора данных через интерфейс 4-20 мА. Когда ток становится меньше предельного тока Imax, падение напряжения на резисторе R1 становится меньше напряжения проводимости Vbe транзистора P1. Резисторы R3 и R4 делят напряжение, создавая достаточную разность напряжений между истоком и затвором полевого транзистора Q1. В этот момент транзистор P1 отключается, и транзистор Q1 начинает проводить ток. Схема находится в нормальном рабочем состоянии.Когда ток превышает предельный ток Imax, падение напряжения на резисторе R1 становится больше напряжения проводимости Vbe транзистора P1. В этот момент транзистор P1 находится в проводящем состоянии. Входное напряжение подается непосредственно на затвор полевого транзистора Q1. В этот момент напряжения на истоке и затворе полевого транзистора Q1 приблизительно равны, что приводит к выключению полевого транзистора Q1 и отключению цепи, переводя схему в защитное состояние. Это предотвращает повреждение нагрузки чрезмерным током.Поскольку напряжение проводимости Vbe микросхемы MMBT2907A составляет приблизительно 0,7 В, а из соотношения Vbe/R1 = 25 мА следует, что предельный ток составляет приблизительно 25 мА. Если необходимо отрегулировать предельный ток, достаточно просто изменить значение сопротивления резистора R1.