Приложения

В схемах сенсорных блоков, которые мы обычно разрабатываем, присутствуют как схемы цифровой обработки сигналов (например, микроконтроллеры), так и аналоговые схемы (включая датчик на входе и его усилитель сигнала). Проще говоря, цифровая земля — это общий опорный вывод для цифровой схемы, то есть опорный вывод для цифровых сигналов напряжения; аналоговая земля — это общий опорный вывод для аналоговой схемы, опорный вывод напряжения (точка нулевого потенциала) для аналоговых сигналов. Поскольку цифровые сигналы, как правило, представляют собой прямоугольные волны с большим количеством гармоник, если заземление цифрового и аналогового сигналов на печатной плате не разделены в точке соединения, гармоники цифрового сигнала могут легко создавать помехи для формы аналогового сигнала. Когда аналоговый сигнал является высокочастотным или высоковольтным, это также повлияет на нормальную работу цифровой схемы. Аналоговые схемы работают со слабыми сигналами, но цифровые схемы имеют более высокие пороговые уровни, поэтому их требования к питанию ниже, чем у аналоговых схем. В системах, содержащих как цифровые, так и аналоговые схемы, шум, генерируемый цифровыми схемами, может влиять на аналоговые схемы, ухудшая их характеристики при работе с малыми сигналами. Для обеспечения целостности сигнала и предотвращения взаимных помех заземление аналогового и цифрового сигналов должно быть разделено. В схематическом проектировании заземляющая плоскость цифровой области обозначается как DGND, а заземляющая плоскость аналоговой области — как AGND. Затем, в проектировании печатной платы, заземляющая плоскость делится на цифровую и аналоговую, с большим расстоянием между ними. Цифровая и аналоговая заземляющие плоскости должны быть заземлены в одной точке, либо напрямую, либо через изоляцию компонентов. 1. Прямое соединение. Как показано на рисунке 1, два элемента соединены в одной точке с помощью широкой медной фольги. Этот метод подходит для низкочастотных систем или систем, нечувствительных к шуму.2. Изолирующее соединение компонентов. Как показано на рисунке 2, этот метод соединения использует ферритовый фильтр или резистор с нулевым сопротивлением для соединения компонентов. Это основной метод соединения. Эквивалентная схема ферритового фильтра аналогична полосовому режекторному фильтру, подавляющему шум только на определенной частоте. Если известен частотный диапазон шума, ферритовый фильтр является наилучшим выбором. Резистор с нулевым сопротивлением действует как очень узкий путь для тока, эффективно ограничивая ток в контуре и подавляя шум. Резисторы обладают эффектом затухания во всех частотных диапазонах (даже резистор с нулевым сопротивлением имеет импеданс), поэтому резистор с нулевым сопротивлением является наилучшим выбором, когда частотный диапазон шума неопределен.

При разработке истребителей нового поколения, ракет и гиперзвуковых летательных аппаратов летные испытания являются критически важным этапом для подтверждения их экстремальных характеристик и диапазона летных возможностей. Такие летательные аппараты часто развивают чрезвычайно высокие скорости, подвергаются интенсивным маневренным нагрузкам и имеют сложные траектории полета, что предъявляет жесткие требования к их бортовым навигационным системам. Эти системы должны не только обеспечивать стабильные и высокоточные навигационные данные в реальном времени в условиях высокой динамики, но и быть способными всесторонне и достоверно записывать каждую миллисекунду полетных параметров, предоставляя неоспоримую базу данных для анализа характеристик после полета и итераций проектирования. IF3900 высокоточная волоконно-оптическая гироинерциальная навигационная системаРазработанная компанией Micro-Magic Inc. система предлагает отработанное решение этой задачи благодаря исключительной стабильности смещения 0,001°/ч и высокоточному кварцевому акселерометру с точностью до 10 мкг, в сочетании с уникальными технологиями объединения данных с нескольких датчиков и постобработки.Главное преимущество системы IF3900 заключается в построении полной цепочки создания ценности данных — от восприятия в реальном времени до глубокого анализа после события. Во время испытательного полета система в реальном времени фиксирует каждое незначительное угловое и линейное движение летательного аппарата благодаря широкому динамическому диапазону гироскопа ±500°/с и акселерометра ±30g. Благодаря тесной интеграции с сигналами спутников GNSS, система может выдавать объединенные результаты навигации с частотой обновления до 800 Гц, точностью определения положения в реальном времени лучше 0,002° и точностью определения скорости 0,02 м/с, обеспечивая надежную ситуационную осведомленность для летчиков-испытателей и наземных командных центров.Однако, что действительно отличает IF3900 от традиционной инерциальной навигации, так это мощные возможности постобработки. Эта функция позволяет исследователям выполнять совместные точные вычисления между необработанными данными инерциального измерительного блока (IMU) и необработанными данными спутниковых наблюдений, записанными на борту, а также данными наземной дифференциальной опорной станции после завершения испытательного полета. Этот процесс позволяет эффективно устранить неизбежные мгновенные помехи сигнала, эффекты многолучевого распространения и кумулятивные ошибки инерциальных датчиков в режиме реального времени, тем самым повышая точность расчетов траектории, ориентации и скорости до нового уровня. Система поддерживает запись потоков необработанных данных через встроенные SD-карты или внешние высокоскоростные последовательные порты, а ее формат данных совместим со стандартным программным обеспечением для постобработки (например, Novatel Inertial Explorer), что обеспечивает плавный и профессиональный анализ данных.Для достижения этой цели в IF3900 заложен прочный фундамент на аппаратном уровне. Используемые волоконно-оптический гироскоп с замкнутым контуром управления и кварцевый акселерометр способны выдерживать ударную нагрузку в виде полусинусоидального импульса 30g за 11 мс и соответствуют условиям высокоинтенсивной вибрации, необходимым в экстремальных средах, таких как установка истребителей и запуск ракет, обеспечивая стабильную и надежную работу системы в реальных условиях сильных ударов и вибрации.Во время выполнения маневров гиперзвукового полета или испытаний истребителей на маневренность при больших углах атаки состояние полета быстро меняется, а окружающая среда чрезвычайно сложна. Ценность IF3900 заключается не только в его способности четко «видеть» этот момент, но и в предоставлении надежной «записи полета» посредством постобработки и «анализа» каждого момента. Технические специалисты Micro-Magic Inc. заявили, что этот файл является наиболее важной основой для анализа аэродинамических характеристик, оценки систем управления и даже проверки точности применения оружия.По мере того, как аэрокосмическая отрасль движется в направлении повышения скорости, эффективности и интеллектуальности, возрастают и требования к качеству и полноте данных испытательных полетов. Высокоточная волоконно-оптическая инерциальная навигационная система IF3900, обладающая высокими техническими характеристиками датчиков, надежной адаптивностью к окружающей среде и новаторскими возможностями постобработки, становится незаменимым высокоточным источником данных для управления разработкой нового поколения самолетов от летных испытаний до окончательной сборки. 

В условиях непрерывного развития технологий промышленной автоматизации акселерометры, как ключевые компоненты, играют решающую роль в различном автоматизированном оборудовании. Для обеспечения точности и надежности результатов измерений крайне важно выбрать наиболее подходящий акселерометр для конкретного применения. При выборе следует учитывать следующие ключевые моменты: I. Понимание основных принципов работы акселерометровАкселерометр — это датчик, измеряющий ускорение объекта. Основной принцип его работы заключается в обнаружении изменений массы, смещения или деформации объекта под воздействием ускорения. В промышленной автоматизации акселерометры могут использоваться для мониторинга физических величин, таких как вибрация, наклон и удар, обеспечивая тем самым мониторинг состояния оборудования в режиме реального времени. II. Определение диапазона измерений акселерометраПри выборе акселерометра первым шагом является определение его диапазона измерения. Диапазон измерения — это максимальное значение ускорения, которое может измерить датчик. В зависимости от требований конкретного сценария применения следует выбрать подходящий диапазон измерения, чтобы избежать повреждения датчика из-за слишком малого диапазона или неточности измерения из-за слишком большого диапазона. III. Акцент на точности и разрешении акселерометраТочность и разрешение являются важными показателями для оценки производительности акселерометра. Точность относится к отклонению между выходным значением датчика и фактическим значением, а разрешение — к минимальному изменению выходного сигнала датчика. В области промышленной автоматизации высокоточные и высокоразрешающие акселерометры лучше подходят для удовлетворения требований высокоточного мониторинга состояния оборудования. IV. Рассмотрим частоту отклика акселерометра.Частота отклика — это скорость изменения выходного сигнала акселерометра при изменении ускорения. Выбор акселерометра с подходящей частотой отклика зависит от различных сценариев применения. Датчики с высокой частотой отклика быстрее регистрируют изменения ускорения и подходят для приложений с высокими требованиями к работе в реальном времени. V. Выберите подходящий способ установки.При выборе датчика необходимо подобрать подходящий способ установки, исходя из реальных условий эксплуатации и конструкции оборудования, чтобы обеспечить стабильную и надежную работу датчика. VI. Выберите подходящий метод вывода сигнала.Выбор между цифровыми и аналоговыми выходными интерфейсами зависит от характеристик приложения. Цифровые выходные интерфейсы обычно включают выходы RS232, RS485/RS422, CAN и TTL, а аналоговые выходы обычно включают выходы напряжения и тока. VII. Учитывайте адаптацию к окружающей среде.Условия промышленной автоматизации сложны, и акселерометры должны обладать высокой адаптивностью к окружающей среде. При выборе датчика важно учитывать его водонепроницаемость, пылезащиту и коррозионную стойкость, а также диапазон рабочих температур, чтобы гарантировать нормальную работу датчика в суровых условиях.

В схеме сброса STM32, показанной на рисунке 1, переключающий диод обычно подключается параллельно резисторному выводу RC-цепи сброса. Основная функция этого диода — ускорение разряда конденсатора.Рисунок 1. Схема сброса STM32.Рисунок 2. Путь разряда схемы сброса STM32.В RC-цепи сброса разрядный диод незаменим, его основная функция — быстрый разряд. При отключении питания или кратковременном отключении питания из-за помех заряд, накопленный в конденсаторе, должен быть высвобожден по какому-либо пути для обеспечения корректного сброса при следующем включении питания. Без диода, когда импульс помех при отключении питания узкий, конденсатор разряжается через резистор R1, имеющий большое сопротивление, что приводит к низкой скорости разряда. RC-цепь не может полностью разрядиться в момент отключения питания, и система не может автоматически перезагрузиться при восстановлении питания. Кратковременные помехи при отключении питания могут привести к остановке нормальной работы программы, вызывая нестабильное поведение программы или попадание в бесконечный цикл. Добавление диода обеспечивает быстрый путь разряда для конденсатора. Благодаря очень низкому сопротивлению в открытом состоянии диода, как показано на схеме разряда цепи сброса STM32 на рисунке 2, заряд в конденсаторе C1 быстро разряжается через диод D1, обеспечивая стабильность и надежность цепи сброса. При отключении питания конденсатор быстро разряжается на землю через диод. После восстановления электропитания конденсатор полностью разряжен и может немедленно начать процесс зарядки, запуская операцию сброса. Этот быстрый процесс разрядки гарантирует, что схема сброса сможет быстро вернуться в исходное состояние после отключения электроэнергии или сбоя в электроснабжении.

Пульсации напряжения питания — это периодически возникающая переменная составляющая на выходе источника постоянного тока. Её амплитуда обычно представляется как размах колебаний или амплитуда колебаний, как показано на рисунке 1. Пульсации напряжения питания в основном вызваны несовершенствами формы сигнала во время преобразования энергии, такими как изменения напряжения, вызванные включением и выключением переключающих транзисторов во время работы импульсного источника питания. Пульсации напряжения питания могут влиять на нормальную работу оборудования, особенно прецизионного электронного оборудования и аналоговых схем, требующих стабильного питания.Рисунок 1. Пульсации и шумы источника питания.Подавление и снижение пульсаций напряжения питания до приемлемого уровня является одной из главных целей проектирования схем источников питания. Поэтому освоение правильных методов измерения пульсаций напряжения питания имеет решающее значение для последующей отладки источников питания и оптимизации конструкции с учетом пульсаций. Для измерения пульсаций напряжения питания обычно используется осциллограф. Путем установки соответствующих условий запуска и диапазонов измерения наблюдаются и записываются форма и амплитуда пульсаций. Кроме того, для дальнейшего анализа и количественной оценки характеристик пульсаций могут использоваться другие приборы и оборудование, такие как тестер коэффициентов пульсаций.  Для обеспечения получения достоверной и надежной формы пульсаций напряжения при измерении пульсаций выходного напряжения с помощью осциллографа следует учитывать следующие моменты. Правильный метод показан на рисунке 2.1. Выберите режим связи по переменному току на осциллографе;2. Для обеспечения оптимального соотношения сигнал/шум выберите X1 для ослабления сигнала зондом во время проверки пульсаций источника питания;3. Установите ограничение полосы пропускания на 20 МГц, чтобы избежать влияния высокочастотного шума на измерение пульсаций;4. Сведите к минимуму контуры заземления; рекомендуется использовать пружинное заземляющее кольцо, как показано на правой стороне рисунка 2;5. Расположите щуп близко к обеим сторонам конденсатора;6. Избегайте одновременного тестирования сигналов в других точках с использованием других каналов осциллографа. Использование описанных выше правильных методов измерения позволит вам наблюдать пульсацию, подобную показанной ниже.Рисунок 3. Форма пульсации.

Недавно компания Micro-Magic Inc. официально представила высокопроизводительный инерциальный измерительный блок (IMU) тактического класса на базе MEMS — U5000, который является эталоном для хорошо известных в отрасли продуктов серии Sensonor STIM320. Этот IMU отечественного производства не только демонстрирует эталонные показатели по основным параметрам производительности, но и обладает хорошей совместимостью и потенциалом для модернизации в отношении внешней конструкции, электрических интерфейсов и других аспектов, предоставляя новый экономически эффективный вариант для приложений определения ориентации и навигации в промышленности, аэрокосмической отрасли, беспилотных системах и других областях.По основным показателям производительности U5000 демонстрирует точность тактического уровня, сравнимую с STIM320. Стабильность нулевого смещения гироскопа (дисперсия Аллена) достигает ≤ 0,1°/ч, случайное смещение угла ≤ 0,1°/√ч, нестабильность нулевого смещения акселерометра ≤ 30 мкг, в целом стабильная и надежная работа, особенно с сохранением хорошего эффекта компенсации во всем диапазоне температур (-40℃ до +80℃). U5000 поддерживает широкий диапазон температур от -40℃ до +85℃ и имеет полную температурную компенсацию, что позволяет поддерживать стабильный выходной сигнал в сложных условиях. Этот продукт обладает высокой полосой пропускания (≥200 Гц), хорошей вибро- и ударопрочностью и демонстрирует высокую адаптивность к окружающей среде. По внешним размерам, весу и конструктивным характеристикам U5000 сопоставим с STIM/320. Он имеет компактную конструкцию, соответствующую тенденции миниатюризации современного оборудования. Размеры U5000 составляют 44,8×38,6×21,5 мм, а вес — около 52 граммов. Благодаря усиленной конструкции он хорошо подходит для установки в условиях высокой динамики или суровых погодных условий. U5000 обеспечивает четкие ориентиры для установки и определения координатной системы, поддерживает стандартизированные операции механической фиксации и электрических соединений, а также упрощает интеграцию системы. Ключевыми элементами интеграции IMU в систему являются интерфейс передачи данных и протокол связи. U5000 оснащен несколькими интерфейсами связи, включая RS232, RS422, а также специальными входами для сигналов синхронизации TOV и PPS, поддерживающими внешние GNSS-приемники для синхронизации времени и слияния данных. По умолчанию используется формат кадра 55AA, отличающийся четкой структурой, полной проверкой и поддержкой пользовательской настройки скорости передачи данных и выходной частоты, что обеспечивает высокую совместимость. С точки зрения сценариев применения, U5000, благодаря своей высокой точности измерений, в основном предназначен для областей, требующих чрезвычайно высокой стабильности измерений, таких как динамическая связь в спутниковой связи (SOTM), высокоточные системы геодезии и картографии, платформы для тестирования автономного вождения, авиационная навигация и управление устойчивостью и т. д. Выпуск U5000 свидетельствует о том, что высокопроизводительный MEMS-инерциальный измерительный блок (IMU) компании способен конкурировать с продукцией ведущих мировых производителей. Он не только точно следует за серией STIM по ключевым параметрам производительности, но и обладает улучшенной гибкостью интерфейса, открытостью протоколов и другими преимуществами, предоставляя пользователям решение с потенциалом совместимости и большей свободой конфигурации. В условиях постоянно расширяющегося рынка применения этот продукт, как ожидается, будет играть важную роль в беспилотных системах, высокотехнологичном оборудовании, автономной навигации и других областях, способствуя технологическому прогрессу и оптимизации затрат в смежных отраслях.   

В области высокоточных инерциальных измерений технологические инновации и совместимость систем становятся двумя движущими силами развития отрасли. Недавно компания Micro-Magic Inc. выпустила высокоточный трехосевой измерительный прибор M3G-210/220. МЭМС-гироскопБлагодаря выдающимся техническим характеристикам и высокой совместимости с технологическим решением, устройство полностью соответствует акустическим системам Sensonor STIM200/202, предлагая новые решения для промышленного и исследовательского применения. Гироскоп M3G-210/220 обладает значительными техническими преимуществами: нестабильность нулевого смещения достигает уровня 0,1 °/ч, случайное смещение углов контролируется в пределах 0,1 °/√ч, а стабильная точность измерений сохраняется в диапазоне рабочих температур от -40℃ до +80℃. Изделие имеет прочную конструкцию из алюминиевого сплава, что позволяет адаптироваться к сложным условиям эксплуатации, таким как вибрация и удары. Внутренняя частота дискретизации может достигать 2000 Гц, а полоса пропускания сигнала превышает 200 Гц, что обеспечивает точное считывание быстрых динамических изменений. Стоит отметить, что при проектировании M3G-210/220 полностью учтено удобство системной интеграции. Его механические размеры и конструкция интерфейса полностью совместимы с широко используемым в отрасли решением STIM200/202, включая одинаковые внешние характеристики, совпадающее расположение монтажных отверстий и стандартизированную компоновку 15-контактного разъема Micro-D. Эта физическая совместимость позволяет модернизировать или заменять оборудование в существующих системах без механических модификаций. Что касается протоколов связи, продукт предлагает несколько режимов работы, среди которых специально оптимизированный режим STIMGYRO-90 обеспечивает полную интеграцию с системой STIM200/202 с точки зрения формата данных, набора инструкций и рабочего состояния. Одновременно продукт поддерживает множество пользовательских протоколов связи, предоставляя пользователям гибкие возможности интеграции с системой. Устройство сохраняет профессиональные функции, такие как внешний вход триггера и выход сигнала синхронизации времени, а также имеет полный механизм самоконтроля системы и отчетности о ее состоянии. С точки зрения технической архитектуры, M3G-210/220 воплощает новый подход к проектированию датчиков, улучшая основные показатели производительности, полностью учитывая существующую технологическую экосистему и снижая барьеры системной интеграции за счет совместимости. Эта концепция проектирования позволяет быстро интегрировать продукт в различные инерциальные измерительные системы, от прецизионных оптических стабилизационных платформ до устройств управления движением, от научно-исследовательского экспериментального оборудования до промышленных систем обнаружения, демонстрируя широкий спектр потенциальных применений. Баланс между технологическими инновациями и системной совместимостью является важным направлением развития высококачественного измерительного оборудования. Практика M3G-210/220 в этом отношении показывает, что благодаря тщательному проектированию улучшение характеристик и системная адаптация могут органично сочетаться. С углублением применения измерительной техники в различных областях это решение, сочетающее в себе превосходные характеристики и хорошую совместимость, предоставит системным интеграторам и конечным пользователям больше возможностей выбора. В настоящее время продукт начал оказывать услуги пользователям в ключевых областях, и его характеристики в практических приложениях заслуживают дальнейшего внимания. В условиях тенденции развития, ориентированной как на технологический прогресс, так и на системную совместимость, выпуск подобных продуктов открывает новые возможности для расширения применения инерциальной измерительной техники.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, скрученных вместе, что делает её особенно подходящей для дифференциальной передачи сигналов. По сравнению с параллельно скрученными проводами, она может более эффективно подавлять помехи. Характеристики витой пары проявляются в следующих двух аспектах: 1. Устранение емкостной связиПо сравнению с параллельными проводами, значения емкости связи каждого провода в витой паре с источником помех или заземлением ближе друг к другу, что приводит к более сбалансированному импедансу, как показано на рисунке 1.Рисунок 1Поскольку витые пары проводов плотно намотаны друг на друга, емкость связи между двумя проводами и источником шума, а также импеданс относительно земли практически одинаковы. Ток помех, протекающий от источника шума в две сигнальные линии, практически идентичен, а разница между двумя сигнальными линиями остается неизменной. Ток от емкости связи преобразуется в синфазные помехи. Как показано на рисунке 2, C1=C2 и Z1=Z2, поэтому ток, протекающий от источника помех в C1 и C2, одинаков, что означает, что напряжения, генерируемые на линиях 1 и 2, равны, и Vn=0. Поскольку метод дифференциальной передачи сигнала обладает превосходной способностью подавления синфазных помех, эффекты емкостной связи могут быть устранены.Рисунок 22. Устранение индуктивной связиПри использовании параллельных линий две сигнальные линии образуют очень узкую петлю, которая будет улавливать помехи магнитного поля из окружающей среды. В конструкции витой пары два проводника линии передачи скручиваются с фиксированным интервалом, что приводит к изменению направления электродвижущей силы, создаваемой магнитным полем, в каждой соседней «малой петле», тем самым последовательно компенсируя её. С точки зрения схемы, взаимная индуктивность в каждой соседней «малой петле» направлена ​​противоположно источнику шума, и общая взаимная индуктивность проводников становится равной нулю. Как показано на рисунке 3, когда параллельные линии подвергаются воздействию внешнего магнитного поля, индуцированные токи в двух проводниках не могут компенсировать друг друга, что приводит к возникновению большого индуцированного напряжения, влияющего на передачу сигнала. Однако конструкция витой пары приводит к взаимной компенсации индуцированных токов в проводниках, предотвращая генерацию индуцированного напряжения.В системах дифференциальной передачи данных кабели витой пары позволяют исключить емкостную и индуктивную связь с внешними источниками помех. Поэтому кабели витой пары широко используются в системах дифференциальной передачи сигналов, таких как CAN и RS-485.

В ходе недавно завершенных комплексных глубоководных испытаний определенного типа автономного подводного аппарата (АППА) разработанная компанией Micro-Magic Inc. инерциальная навигационная система M5000 с волоконно-оптической стабилизацией продемонстрировала превосходные характеристики, успешно позволив платформе АППА выполнять высокоточное топографическое картирование и длительные непрерывные наблюдения в зонах глубины до 100 метров. Благодаря высокой точности навигации и устойчивости к давлению, система обеспечивает надежную навигационную поддержку для оборудования глубоководных исследований.В ходе этого испытания автономный подводный аппарат (АППА) должен был совершить несколько погружений в течение 15 рабочих дней, достигнув максимальной рабочей глубины более 600 метров. В экстремальных условиях, таких как высокое давление, низкая температура и отсутствие спутникового сигнала, система M5000 стабильно работала на протяжении всего процесса, без каких-либо перебоев в передаче данных или снижения точности. Эксперт по океанотехнике, участвовавший в проекте, заявил: «Глубоководные исследования предъявляют чрезвычайно жесткие требования к точности и надежности навигационных систем. Система M5000 может поддерживать точность курса лучше, чем 0,3°×сек(L), и стабильную точность измерения ориентации в пределах 0,02° даже в глубоководных районах, где спутниковые сигналы полностью теряются, что оказывает нам решающую поддержку в получении высокоточных данных о топографии морского дна».Навигационная система M5000, специально разработанная для глубоководных условий, отличается высокой устойчивостью к давлению. Ее корпус имеет герметичную конструкцию, обеспечивающую полную защиту при статическом давлении воды 30 МПа, что эквивалентно давлению на глубине 3000 метров. В ходе испытаний система прошла почти сто циклов быстрого подъема и спуска, при этом ее структурная целостность и электрические характеристики не пострадали. Кроме того, в пределах фактического диапазона рабочих температур система эффективно снижает влияние температурного дрейфа на точность датчиков благодаря встроенному алгоритму температурной компенсации.С точки зрения объединения и вывода данных, система M5000 демонстрирует превосходную инженерную применимость. Система объединяет трехосевой волоконно-оптический гироскоп и гибкий кварцевый акселерометр, что позволяет осуществлять глубокое объединение данных с несколькими датчиками, такими как доплеровский датчик скорости (DVL) и GNSS-приемники, с максимальной частотой вывода 200 Гц. Даже в случае временного прерывания передачи данных от DVL система может поддерживать стабильные вычисления в чисто инерциальном режиме навигации, гарантируя, что автономный подводный аппарат не «заблудится» в сложных гидрологических условиях.«M5000 — это не просто навигационный блок, он служит «глазами» и «рулём» автономного подводного аппарата в глубоководных условиях», — сказал руководитель проекта компании Micro-Magic Inc. «Мы оптимизировали алгоритм фильтрации и модель компенсации ошибок специально для глубоководных применений, обеспечивая высокую точность и стабильность даже при длительной эксплуатации. Успех этого испытания подтверждает нашу техническую компетентность и инженерные возможности в области высокоточной навигации в глубоководных районах». 

Пульсации напряжения питания, или просто пульсации, — это периодические колебания напряжения или тока в источнике питания. Эти колебания представляют потенциальную угрозу для стабильной работы электрооборудования. Чрезмерные пульсации напряжения питания могут снизить эффективность преобразования энергии в системе, увеличить тепловыделение, а в тяжелых случаях привести к нестабильности системы или даже повреждению микросхемы. Поэтому при проектировании понижающей схемы (BUCK) необходимо принимать меры для уменьшения пульсаций напряжения питания, чтобы обеспечить стабильность системы.Ниже приведены некоторые распространенные методы снижения пульсаций в понижающем преобразователе напряжения:Увеличьте индуктивность и выходной конденсатор для фильтрации.Согласно формуле импульсных источников питания, величина колебаний тока внутри индуктора обратно пропорциональна значению индуктивности, а пульсации на выходе обратно пропорциональны значению выходной емкости. Следовательно, увеличение значений индуктивности и выходной емкости может уменьшить пульсации.Рисунок 1. Ток индуктора.На рисунке 1 выше показана форма тока в индукторе L импульсного источника питания. Пульсация тока ΔI может быть рассчитана по следующей формуле. На основе баланса вольт-секунд и других параметров видно, что увеличение значения индуктора L или увеличение частоты переключения может уменьшить колебания тока в индукторе. Аналогично, соотношение между пульсациями на выходе и выходной емкостью: Vripple = Imax/(Co × fsw). Видно, что увеличение значения выходной емкости может уменьшить пульсации. Обычно в качестве выходного конденсатора используются алюминиевые электролитические конденсаторы для достижения большой емкости. Однако электролитические конденсаторы не очень эффективны в подавлении высокочастотных помех, и их эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) относительно велико. Поэтому для компенсации недостатков алюминиевых электролитических конденсаторов параллельно с ними подключают керамический конденсатор. При работе импульсного источника питания входное напряжение Vin остается постоянным, но ток изменяется в зависимости от положения ключа. При запуске источника питания или резком изменении нагрузки необходим входной конденсатор в качестве временного источника энергии для компенсации мгновенного падения входного напряжения. Обычно конденсатор подключается параллельно к входному клеммному разъему (рядом с ключом в понижающем преобразователе) для обеспечения тока. Входной конденсатор также подавляет пульсации и электромагнитные помехи (ЭМП) от предыдущего источника питания. После применения вышеуказанного решения импульсный источник питания типа BUCK показан на рисунке ниже:Рисунок 2. Топология BUCK.Описанный выше подход оказывает ограниченное влияние на снижение пульсаций. Из-за ограничений по размерам индуктор не может быть очень большим; увеличение выходного конденсатора до определенного уровня не оказывает существенного влияния на снижение пульсаций; а увеличение частоты переключения приведет к увеличению потерь при переключении.Фильтрация на втором этапе включает добавление еще одного жидкостного фильтра.LC-фильтры эффективно подавляют шум и пульсации. Выбирая соответствующие индукторы и конденсаторы для построения фильтрующей схемы в зависимости от частоты пульсаций, которые необходимо удалить, можно, как правило, значительно уменьшить пульсации. Однако в этом случае необходимо учитывать точку дискретизации напряжения обратной связи.Рисунок 3Выбор точки выборки до LC-фильтра (Па) приведет к снижению выходного напряжения. Это связано с тем, что любой индуктор имеет сопротивление постоянному току, и при подаче тока на индуктор происходит падение напряжения, что приводит к снижению выходного напряжения источника питания. Кроме того, это падение напряжения изменяется в зависимости от выходного тока. Выбор точки выборки после LC-фильтра (Пб) обеспечит желаемое выходное напряжение. Однако это вводит в систему питания индуктор и конденсатор, что потенциально может повлиять на стабильность контура.После понижающего преобразователя (BUCK) подключите LDO-фильтр.Наиболее распространенная комбинация — BUCK+LDO, которая является наиболее эффективным способом снижения пульсаций и шума. Она обеспечивает постоянное выходное напряжение без необходимости внесения изменений в исходную систему обратной связи, но при этом снижает общую эффективность системы питания и является наиболее дорогой. Ключевым показателем для LDO является PSRR (коэффициент подавления помех от источника питания), который количественно определяет степень передачи изменений на входе на выход. После прохождения через LDO пульсации при переключении обычно составляют менее 10 мВ.Разводка печатной платы импульсного источника питания также имеет решающее значение для снижения пульсаций. Неправильное размещение компонентов, ненадлежащее заземление или расположение критически важных дорожек вблизи чувствительной к переключателю области могут привести к увеличению пульсаций и высокочастотного шума.

Недавно компания Micro-Magic Inc., поставщик MEMS-технологий, запустила свою новую продукцию. U4930 серия высокоточных Инерциальный измерительный модуль (ИМУ) на основе микроэлектромеханических системБлагодаря превосходным базовым характеристикам, прочной и компактной конструкции, а также ключевому рыночному позиционированию, позволяющему стать совместимым и модернизированным вариантом для классического инерциального измерительного блока Honeywell HG4930, этот продукт быстро привлек внимание интеграторов в областях промышленных дронов, высокоточной навигации, автономного вождения и мобильной съемки.Философия проектирования U4930 предельно ясна: обеспечить более конкурентоспособные характеристики, сохраняя при этом физическую форму и электрический интерфейс, аналогичные широко используемому в отрасли HG4930. Его внешние размеры составляют 64,8 × 47 × 35,3 миллиметра, вес — около 130 граммов, а потребляемая мощность в установившемся режиме — менее 2 Вт. Эти характеристики позволяют ему органично вписываться в системное пространство и архитектуру питания, изначально разработанную для HG4930, что значительно снижает затраты на механическое и электрическое проектирование для пользователей при замене или модернизации продукции. На уровне производительности U4930 продемонстрировал комплексные улучшения. Он объединяет высокопроизводительные трехосевые MEMS-гироскопы и акселерометры и обеспечивает точную компенсацию во всем диапазоне температур благодаря внутренним алгоритмам. Диапазон измерения его гироскопа может достигать ±500°/с, что лучше, чем ±400°/с у HG4930; диапазон его акселерометра достигает ±30g. Что еще более важно, его высокоточные характеристики — стабильность смещения гироскопа 0,3°/ч (сглаживание за 10 секунд) и угловое случайное блуждание всего 0,02°/√ч — позволяют ему соответствовать требованиям высокоточных приложений измерения ориентации. В то же время модуль поддерживает скорость вывода данных до 2000 Гц и оснащен антивибрационной и ударопрочной конструкцией, обеспечивая надежность и передачу данных в реальном времени в условиях высокой динамики и жесткой среды. U4930 использует дифференциальный интерфейс связи RS422 и поддерживает настраиваемый через программное обеспечение хост-компьютера протокол связи, включая поддержку синхронизации данных времени GPS/GNSS и сигналов импульсов в секунду (PPS), что обеспечивает совместимость с HG4930 в логике системной интеграции. Существующие алгоритмы обработки данных и навигации пользователей могут плавно перейти на него. Компания Micro-Magic прямо указала в информации, что продукт разработан для «совместимости с HG4930», предоставляя практичный и осуществимый технический путь для существующих пользователей HG4930, стремящихся к диверсификации цепочки поставок, оптимизации затрат или повышению производительности.  Серия U4930 предлагает три различных уровня точности моделей: A, B и C, охватывающие различные потребности — от передовых научных исследований до промышленного применения. Ее появление знаменует собой возможность прямого сравнения с международными продуктами, занимающими лидирующие позиции в ключевой области высокоточных инерциальных измерений MEMS, а благодаря точной совместимости она предоставляет пользователям более гибкие и выгодные варианты решений. U4930  

Compared with traditional accelerometers, quartz flexible accelerometers have higher accuracy and reliability. Its high precision can be reflected in the accuracy of data, while its reliability can be reflected in the stability and lifespan of equipment operation. In addition, due to the insensitivity of quartz crystals to temperature and time changes, quartz accelerometers are also more capable of ensuring long-term and stable operation than other accelerometers. Quartz flexible accelerometers have become core sensors in aerospace, defense, industrial monitoring, and other fields due to their ultra-high precision, strong impact resistance, and extreme environmental adaptability. Aerospace and Space Exploration   In spacecraft docking missions, quartz accelerometers are used to detect μg (microgravity) level acceleration, providing real-time velocity increment and attitude adjustment data to ensure docking accuracy. When the spacecraft returns to the atmosphere, it needs to withstand a high overload of 3-5g while maintaining measurement stability.  When used for satellite attitude adjustment and rocket launch monitoring tasks, quartz flexible accelerometers can achieve an accuracy of 60 μg with zero bias repeatability and withstand 1000g instantaneous impact (such as rocket separation). Meanwhile, the quartz flexible accelerometer can provide gravity field data for the lander, supporting precise soft landing. In space microgravity experiments, quartz flexible accelerometers are used to measure the six degree of freedom motion of loads, with an accuracy of "observing hair falling to the ground" level to eliminate vibration interference.   National Defense and Military Equipment    The inertial navigation system of long-range ballistic missiles and tactical missiles relies on quartz accelerometers to maintain scale factor stability (<30ppm) in impact environments of 500-1000g, ensuring ballistic accuracy. For example, it needs to withstand 100g/5ms half sine wave impact, which is suitable for high overload at the moment of missile launch. In the application of armored vehicles and drones, the stability control of tanks and armored vehicles needs to continuously output reliable data in a vibration environment (20-2000Hz random vibration). The drone navigation system utilizes the low-power (<480mW) and lightweight (<65g) characteristics of quartz flexible accelerometers to extend range and enhance maneuverability. Industrial and Infrastructure Safety Monitoring   Quartz accelerometers are applied in monitoring landslides and debris flows, capturing surface micro deformations with a resolution of μg to achieve early geological hazard warning. In deformation monitoring of bridges and high-speed railways, quartz flexible accelerometers can provide long-term stability (monthly drift<50 μg) and reduce maintenance costs. In the field of energy exploration, oil drilling measurement systems (such as wireless inclinometers) rely on their high temperature resistance (185℃) to provide inclination data in high-pressure impact environments underground. Unique Advantages Support High Demand Scenarios The core advantages of quartz flexible accelerometers lie in their ultra-high accuracy and long-term stability, with scale factor drift reaching ppm level and zero bias stability reaching μg/√h level. Taking the AC-3 series quartz flexible accelerometer produced by Micro-Magic Inc as an example: Parameters AC-3A AC-3B AC-3C Unit Threshold /Resolution 5 5 5 μg Bias drift (1σ, one month) ≤15 ≤50 ≤50 μg Repeatability of scale factor (1σ, one month) ≤15 ≤50 ≤50 ppm Bias thermal coefficient ≤ ±15 ≤ ±50 ≤ ±50 μg/℃ Scale factor thermal coefficient ≤ ±15 ≤ ±80 ≤ ±50 ppm/℃   Quartz flexible accelerometers have excellent impact resistance. Its high hardness fused silica integrated structure and frictionless flexible design enable it to withstand 1000g/0.5ms half sine impact, which is far superior to ordinary MEMS sensors. Taking the AC-4 series products produced by Micro-Magic Inc as an example: Parameters AC-4A AC-4B AC-4C Unit Shock 500g 1000g 1000g 0.5ms, 1/2sin Vibration peak sin (@30~500Hz) 25 25 25 g   Quartz flexible accelerometers exhibit excellent environmental adaptability over a wide temperature range, such as . The extremely low thermal expansion coefficient and symmetrical structure of quartz material result in minimal temperature drift (as low as ppm/° C), making it a reliable choice for high-precision measurement in extreme temperature environments such as aerospace and military. Taking the AC-6 series products produced by Micro-Magic Inc as an example: Parameters AC-6A AC-6B Unit Bias thermal coefficient ≤ ±80 ≤ ±150 μg/℃ Scale factor thermal coefficient ≤100 ≤200 ppm/℃ Temperature range (Operating) -40 ~ +150 -40 ~ +150 ℃ Temperature range (Saved) -60 ~ +180 -60 ~ +180 ℃   Conclusion   With its excellent precision, outstanding long-term stability, and outstanding resistance to extreme environments, quartz flexible accelerometers have firmly established their position as the core device for precise monitoring in the aerospace and military industry. It plays an irreplaceable key role in high-precision inertial navigation, aircraft attitude control, and various precision measurement tasks.