Продукт: Чистая инерциальная навигационная система (ИНС) на базе IMU.
Ключевые особенности:
Узел направления феррозонда состоит из датчиков акселерометра и феррозондовых датчиков, которые в основном используются в наклонно-направленном бурении, нефтяной промышленности и других областях для измерения наклона скважины, угла азимута и угла торца инструмента. Наклонно-направленное бурение в нефтяной промышленности началось в конце 19 века, когда технология вращательного бурения была внедрена взамен старого тоннового бурения без учета проблемы стабилизации бурильной колонны для управления траекторией скважины. Однако скважинные измерения показали, что ранние «вертикальные» скважины были далеки от «вертикальных». Как при вертикальном, так и при наклонно-направленном бурении необходимо определить расположение скважины под поверхностью. Это требует использования измерительных приборов, способных измерять наклон и азимут вдоль ствола скважины на разных глубинах. Положение отверстия относительно поверхности можно рассчитать по накопленным результатам измерений.
В этой статье будут представлены структура и принцип работы феррозондового направленного узла, а также основной угол наклона измерительной скважины, угол торца инструмента и угол азимута.
Датчик ускорения использует датчик гравитационного ускорения подвески с магнитной жидкостью, который обладает характеристиками высокой ударопрочности и небольшого размера, а его точность составляет около ± 0,1%. Структура показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Блок-схема структуры управления режимом привода MEMS-гироскопа.
Согласно динамическому уравнению режима движения вибрационного МЭМС-гироскопа передаточная функция непрерывной области может быть получена преобразованием Лапласа:
Где mx — эквивалентная масса режима привода гироскопа, ωx=√kx/mx — резонансная частота режима привода, а Qx = mxωx/cx — добротность режима привода.
Согласно анализу емкости обнаружения зубцов гребенки, звено преобразования смещения-емкости является линейным, когда краевой эффект игнорируется, и коэффициент усиления дифференциальной емкости, изменяющейся со смещением, может быть выражен как:
Где nx — количество активных гребенок, приводимых в действие в гироскопическом режиме, ε0 — диэлектрическая постоянная вакуума, hx — толщина гребенок обнаружения движения, lx — длина перекрытия активных гребен обнаружения движения и фиксированных гребенок в состоянии покоя, а dx — расстояние между зубами.
Схема преобразования напряжения конденсатора, используемая в этой статье, представляет собой схему с кольцевым диодом, принципиальная схема которой показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Принципиальная схема кольцевого диода.
На рисунке C1 и C2 — конденсаторы дифференциального обнаружения гироскопа, C3 и C4 — конденсаторы демодуляции, а Vca — амплитуды прямоугольных импульсов. Принцип работы таков: когда прямоугольная волна находится в положительном полупериоде, диоды D2 и D4 включаются, затем конденсатор C1 заряжает C4, а C2 заряжает C3; Когда прямоугольный сигнал имеет положительный полупериод, диоды D1 и D3 включаются, затем конденсатор C1 разряжается в C3, а конденсатор C2 разряжается в C4. Таким образом, после нескольких циклов прямоугольных импульсов напряжение на демодулированных конденсаторах С3 и С4 стабилизируется. Его выражение напряжения:
Для кремниевого микромеханического гироскопа, изучаемого в этой статье, его статическая емкость составляет порядка нескольких пФ, а изменение емкости составляет менее 0,5 пФ, в то время как емкость демодуляции, используемая в схеме, составляет порядка 100 пФ, поэтому существуют CC0》∆C и C2》∆C2, а коэффициент преобразования напряжения конденсатора получается по упрощенной формуле:
Где Kpa — коэффициент усиления дифференциального усилителя, C0 — емкость демодуляции, C — статическая емкость емкости обнаружения, Vca — амплитуда несущей, а VD — падение напряжения на диоде.
Фазовый контроль является важной частью управления приводом МЭМС-гироскопа. Технология фазовой автоподстройки частоты позволяет отслеживать изменение частоты входного сигнала в захваченной полосе частот и фиксировать фазовый сдвиг. Поэтому в этой статье для входа в управление фазой гироскопа используется технология фазовой автоподстройки частоты, а ее базовая структурная блок-схема показана на рисунке 3.
Фигура. 3 Блок-схема базовой структуры ФАПЧ
ФАПЧ представляет собой систему автоматического регулирования фазы с отрицательной обратной связью, принцип ее работы можно резюмировать следующим образом: внешний входной сигнал ui(t) и сигнал обратной связи uo(t) на выходе ГУН подаются на фазовый дискриминатор одновременно для завершают сравнение фаз двух сигналов, и выходной конец фазового дискриминатора выдает сигнал напряжения ошибки ud(t), отражающий разность фаз θe(t) двух сигналов; Сигнал через контурный фильтр будет отфильтровывать высокочастотные компоненты и шум, получать генератор управления напряжением uc(t), генератор управления напряжением будет регулировать частоту выходного сигнала в соответствии с этим управляющим напряжением, так что он постепенно приближается. к частоте входного сигнала и конечному выходному сигналу uo(t). Когда частота ui(t) равна uo(t) или стабильному значению, контур достигает состояния блокировки.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) представляет собой замкнутую систему отрицательной обратной связи с регулировкой амплитуды, которая в сочетании с фазовой автоподстройкой частоты обеспечивает стабильную по амплитуде и фазе вибрацию для режима привода гироскопа. Его структурная схема представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Структурная схема автоматической регулировки усиления.
Принцип работы автоматической регулировки усиления можно резюмировать следующим образом: сигнал ui(t) с информацией о смещении привода гироскопа вводится в канал обнаружения амплитуды, сигнал амплитуды смещения привода извлекается путем демодуляции умножения, а затем высокочастотный сигнал компонент и шум фильтруются фильтром нижних частот; В это время сигнал представляет собой относительно чистый сигнал напряжения постоянного тока, который характеризует смещение привода, а затем управляет сигналом с заданным опорным значением через PI-связь и выводит электрический сигнал ua(t), который управляет амплитудой привода для завершения контроль амплитуды.
В этой статье представлен контур управления режимом движения МЭМС-гироскопа, включая модель, преобразование разблокирующей емкости, преобразование емкости-напряжения, фазовую автоподстройку частоты и автоматическую регулировку усиления. Как производитель гироскопов MEMS, компания Micro-Magic Inc провела детальное исследование гироскопов MEMS и часто популяризировала и делилась соответствующими знаниями о гироскопах MEMS. Для более глубокого понимания работы MEMS-гироскопа вы можете обратиться к параметрам MG-501 и MG1001.
Если вы заинтересованы в дополнительных знаниях и продуктах MEMS, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Xml политика конфиденциальности блог Карта сайта
Авторское право
@ Микро-Мэджик Инк Все права защищены.
ПОДДЕРЖИВАЕМАЯ СЕТЬ
русский
