ПРИЛОЖЕНИЯ

Основные положенияИзделие: волоконно-оптический гироскоп (ВОГ)Основные характеристики:Компоненты: Основан на оптоволоконных катушках, использующих эффект Сагнака для точных измерений углового смещения.Функция: Обеспечивает высокую чувствительность и точность, идеально подходит для определения ориентации движущихся объектов.Области применения: Широко используется в военной сфере (например, системы наведения ракет, навигация танков) и расширяет свое применение в гражданских секторах (например, автомобильная навигация, геодезия).Технология слияния данных: объединяет инерциальные измерения с передовой микроэлектроникой для повышения точности и стабильности.Заключение: Волоконно-оптический гироскоп играет ключевую роль в высокоточной навигации и обладает многообещающим потенциалом развития в самых разных областях применения.Рынок волоконно-оптических гироскоповБлагодаря своим уникальным преимуществам, волоконно-оптический гироскоп имеет широкие перспективы развития в области точного измерения физических величин. Поэтому изучение влияния оптических устройств и физической среды на характеристики волоконно-оптических гироскопов и подавление относительного шума интенсивности стали ключевыми технологиями для создания высокоточных волоконно-оптических гироскопов. С углублением исследований будет значительно развиваться и применяться интегрированный волоконно-оптический гироскоп с высокой точностью и миниатюризацией.Волоконно-оптический гироскоп является одним из основных устройств в области инерциальной техники на сегодняшний день. С повышением уровня технологий масштабы применения волоконно-оптических гироскопов будут продолжать расширяться. Как основной компонент волоконно-оптических гироскопов, спрос на них на рынке также будет расти. В настоящее время высококачественные волоконно-оптические кольца в Китае по-прежнему приходится импортировать, и в условиях общей тенденции к замещению отечественными компонентами, ключевая конкурентоспособность китайских предприятий, занимающихся производством волоконно-оптических колец, и их собственные научно-исследовательские возможности нуждаются в дальнейшем повышении.В настоящее время оптоволоконные кольца в основном используются в военной сфере, но с расширением применения оптоволоконных гироскопов в гражданской сфере доля оптоволоконных колец в гражданском секторе будет еще больше увеличена.Согласно отчету «Обзор рынка волоконно-оптических гироскопов в Китае за 2022-2027 годы и рекомендации по инвестициям»:Волоконно-оптический гироскоп — это чувствительный элемент, основанный на оптической волоконной катушке, в которой свет, излучаемый лазерным диодом, распространяется вдоль оптического волокна в двух направлениях. Разница в путях распространения света определяет угловое смещение чувствительного элемента. Современный волоконно-оптический гироскоп — это прибор, способный точно определять ориентацию движущихся объектов. Это инерциальный навигационный прибор, широко используемый в современной авиации, навигации, аэрокосмической отрасли и оборонной промышленности. Его разработка имеет большое стратегическое значение для промышленности страны, национальной обороны и других высокотехнологичных разработок.Волоконно-оптический гироскоп — это новый полностью твердотельный волоконно-оптический датчик, основанный на эффекте Сагнака. В зависимости от режима работы волоконно-оптические гироскопы можно разделить на интерферометрические (I-FOG), резонансные (R-FOG) и гироскопы с использованием стимулированного рассеяния Бриллюэна (B-FOG). По точности волоконно-оптические гироскопы делятся на: тактический уровень низкого уровня, тактический уровень высокого уровня, навигационный уровень и прецизионный уровень. Волоконно-оптические гироскопы можно разделить на военные и гражданские в зависимости от их открытости. В настоящее время большинство волоконно-оптических гироскопов используется в военных целях: ориентация истребителей и ракет, навигация танков, измерение курса подводных лодок, боевые машины пехоты и другие области. Гражданское применение в основном включает навигацию автомобилей и самолетов, геодезические работы, бурение нефтяных скварок и другие области.В зависимости от точности волоконно-оптического гироскопа, его применение варьируется от стратегического оружия и оборудования до коммерческих гражданских областей. Волоконно-оптические гироскопы средней и высокой точности в основном используются в высокотехнологичном вооружении и оборудовании, например, в аэрокосмической отрасли, в то время как недорогие волоконно-оптические гироскопы низкой точности в основном применяются в нефтедобыче, системах управления ориентацией сельскохозяйственной авиации, робототехнике и многих других гражданских областях с низкими требованиями к точности. С развитием передовых микроэлектронных и оптоэлектронных технологий, таких как фотоэлектрическая интеграция и разработка специальной оптики для волоконно-оптических гироскопов, ускорилась миниатюризация и снижение стоимости волоконно-оптических гироскопов.Краткое содержаниеВолоконно-оптический гироскоп от Micro-Magic Inc. — это, в основном, тактический волоконно-оптический гироскоп средней точности. По сравнению с другими производителями, он отличается низкой стоимостью, длительным сроком службы, очень привлекательной ценой и широкой областью применения. В линейку входят две очень популярные модели: GF50 и GF-60. Для получения более подробной технической информации вы можете перейти на страницу с подробным описанием.GF50Одноосевой волоконно-оптический гироскоп средней точности, соответствующий военным стандартам. GF60Одноосевой волоконно-оптический гироскоп, маломощный волоконно-оптический гироскоп, инерциальный измеритель угловой скорости для навигации. 

Основные положенияПродукт: Высокотемпературные акселерометрыОсновные характеристики:Компоненты: Разработаны с использованием передовых материалов и технологий, таких как аморфные кварцевые структуры для повышения стабильности.Функция: Обеспечение надежных и точных данных в экстремальных условиях, что крайне важно для безопасности и производительности.Области применения: незаменимы в нефтегазовой отрасли (системы MWD), аэрокосмической отрасли (мониторинг конструкций), автомобильной промышленности (оценка краш-тестов и эксплуатационных характеристик) и различных отраслях промышленности.Целостность данных: Способность работать при высоких температурах и вибрациях, обеспечивая непрерывную работу и минимальное время простоя.Вывод: Высокотемпературные акселерометры жизненно важны для отраслей промышленности, работающих в суровых условиях, повышая эффективность и безопасность за счет точных измерений.Надежность имеет решающее значение для успеха в сложной нефтегазовой отрасли, где риски часты и могут существенно повлиять на возможности. Достоверные и точные данные могут определить, добьется ли предприятие успеха или потерпит неудачу.Компания Ericco поставляет надежные датчики для мирового нефтегазового сектора, демонстрируя исключительную надежность и точность в самых сложных условиях эксплуатации.1. Что такое высокотемпературные акселерометры?Высокотемпературные акселерометры предназначены для работы в суровых условиях и предоставления точных данных в таких требовательных отраслях, как аэрокосмическая и нефтегазовая. По сути, их назначение — эффективно функционировать в сложных условиях, включая подземные пространства и экстремальные температуры.Производители высокотемпературных акселерометров используют специальные технологии для обеспечения надежности датчиков в экстремальных условиях. Например, кварцевый акселерометр Micro-Magic Inc. для нефтегазовой отрасли продемонстрировал высокую производительность. В этой модели используется структура из аморфного кварца с инерционной массой, которая реагирует на ускорение посредством изгибающего движения, обеспечивая превосходную стабильность смещения, масштабного коэффициента и выравнивания осей.2. Как используются высокотемпературные акселерометры?Высокотемпературные акселерометры жизненно важны в отраслях, где оборудование должно работать в экстремальных условиях. Их прочная конструкция и передовые технологии позволяют им надежно функционировать в суровых условиях, предоставляя важные данные, повышающие безопасность, эффективность и производительность. Рассмотрим подробнее их применение и значение:2.1 Нефтегазовая промышленностьВ нефтегазовой отрасли высокотемпературные акселерометры являются важными компонентами систем измерения параметров бурения в процессе эксплуатации (MWD). MWD — это метод каротажа скважин, использующий датчики внутри бурильной колонны для получения данных в режиме реального времени, что позволяет направлять бурение и оптимизировать буровые работы. Эти акселерометры способны выдерживать интенсивную жару, удары и вибрации, возникающие на большой глубине под землей. Обеспечивая точные измерения, они помогают...Оптимизация буровых работ: предоставление точных данных об ориентации и положении бурового долота, что способствует эффективному и точному бурению.Повышение безопасности: обнаружение вибраций и ударов, которые могут указывать на потенциальные проблемы, что позволяет своевременно вмешаться и предотвратить несчастные случаи.Повышение эффективности: сокращение времени простоя за счет предоставления непрерывных и надежных данных, которые помогают предотвратить сбои в работе и дорогостоящие перебои.Рис. 1. Высокотемпературные акселерометры2.2 Аэрокосмическая отрасльВ аэрокосмической отрасли высокотемпературные акселерометры используются для контроля характеристик и структурной целостности летательных аппаратов. Они способны выдерживать экстремальные условия полета, включая высокие температуры и сильные вибрации, и имеют решающее значение дляМониторинг состояния конструкции: измерение вибраций и напряжений в компонентах самолета, обеспечение их нахождения в пределах безопасных значений.Эксплуатационные характеристики двигателя: Мониторинг вибраций в авиационных двигателях для выявления аномалий и предотвращения отказов двигателя.Летные испытания: Предоставление точных данных о динамике самолета во время испытательных полетов, что способствует разработке и совершенствованию конструкции летательных аппаратов.2.3 Автомобильные испытанияВ автомобильных испытаниях высокотемпературные акселерометры используются для измерения динамики автомобиля и структурной целостности в экстремальных условиях. Они особенно полезны для:Краш-тестирование: Мониторинг сил ускорения и замедления во время краш-тестов для оценки безопасности и ударопрочности транспортного средства.Высокопроизводительные испытания: измерение вибраций и напряжений в высокопроизводительных автомобилях для обеспечения устойчивости компонентов к экстремальным условиям эксплуатации.Испытание на долговечность: Оценка долгосрочной долговечности автомобильных компонентов путем их длительного воздействия высоких температур и вибрации.2.4 Промышленные примененияПомимо нефтегазовой, аэрокосмической и автомобильной промышленности, высокотемпературные акселерометры используются в различных других промышленных областях, где оборудование работает в экстремальных условиях. К ним относятся:Выработка электроэнергии: Мониторинг вибраций в турбинах и другом оборудовании для обеспечения оптимальной производительности и предотвращения отказов.Производство: Измерение вибраций и напряжений в тяжелой технике для поддержания эффективности и безопасности производства.Робототехника: предоставление точных данных о движениях и нагрузках, испытываемых роботами, работающими в условиях высоких температур, например, в сварочных или литейных цехах.3. Высокотемпературные акселерометры компании Micro-Magic Inc.Компания Micro-Magic Inc. преуспела в разработке и производстве высокотемпературных акселерометров, отвечающих самым высоким требованиям этих отраслей. Мы предлагаем решения, разработанные специально для разведки энергоресурсов и других высокотемпературных применений. Эти акселерометры обладают следующими характеристиками:Аналоговый выход: для упрощения интеграции с существующими системами.Варианты монтажа: квадратные или круглые фланцы для различных потребностей установки.Диапазон регулировки в полевых условиях: позволяет настраивать параметры в соответствии с конкретными требованиями приложения.Внутренние датчики температуры: для термокомпенсации, обеспечивающие точные измерения, несмотря на колебания температуры.Более того, кварцевый акселерометр Micro-Magic Inc. для нефтегазовой отрасли доказал свою высокую производительность. В этой модели используется структура из аморфного кварца с инерционной массой, которая реагирует на ускорение посредством изгибающего движения, обеспечивая превосходную стабильность смещения, масштабного коэффициента и выравнивания осей.В некоторых высокотемпературных акселерометрах также используются внешние усилители для защиты датчика от повреждений, вызванных перегревом.Мы рекомендуем прибор AC1 для нефтегазовой отрасли, рабочая температура которого составляет от -55 до +85 ℃, диапазон входного сигнала ±50 г, а также повторяемость смещения.

Основные положения Изделие: Волоконно-оптический гироскоп GF70ZKОсновные характеристики:Компоненты: Использует волоконно-оптические гироскопы для высокоточных инерциальных измерений.Функция: Обеспечивает быстрый запуск и надежные навигационные данные для различных приложений.Области применения: Подходит для инерциальных навигационных систем, систем обеспечения устойчивости платформ и систем позиционирования в аэрокосмической отрасли и беспилотных транспортных средствах.Характеристики: Стабильность нулевого смещения в диапазоне от 0,01 до 0,02, оптимизированная для обеспечения необходимой точности и диапазона измерений.В заключение: GF70ZK сочетает в себе компактные размеры и низкое энергопотребление, что делает его универсальным выбором для сложных навигационных задач в различных отраслях промышленности.1. Что такое инерциальная навигация?Чтобы понять, что такое инерциальная навигация, сначала нужно разбить это выражение на две части: навигация + инерция.Проще говоря, навигация — это решение задачи перемещения из одного места в другое с указанием направления, как правило, с помощью компаса.Инерция, первоначально выведенная из ньютоновской механики, обозначает свойство объекта сохранять свое состояние движения. Она выполняет функцию регистрации информации о состоянии движения объекта.Для иллюстрации инерциальной навигации используется простой пример. Ребенок и его друг играют в игру у входа в комнату, выложенную плитками, и идут по плиткам на другую сторону по определенным правилам: один шаг вперед, три шага влево, пять шагов вперед, два шага вправо… Каждый его шаг равен длине напольной плитки, и люди за пределами комнаты могут получить полную траекторию его движения, нарисовав соответствующую длину и маршрут на бумаге. Им не нужно видеть комнату, чтобы знать положение ребенка, его скорость и т.д.Основной принцип инерциальной навигации и некоторых других типов навигации примерно таков: зная своё начальное положение, начальную ориентацию (ориентацию), направление и направление движения в каждый момент времени, нужно немного продвинуться вперёд. Сложите эти значения (что соответствует операции математического интегрирования), и вы получите свою ориентацию, положение и другую информацию.Итак, как получить информацию о текущей ориентации (положении) и координатах движущегося объекта? Для этого необходимо использовать множество датчиков; в инерциальной навигации это, например, акселерометр и гироскоп.Инерциальная навигация использует гироскоп и акселерометр для измерения угловой скорости и ускорения носителя в инерциальной системе отсчета, интегрирует и вычисляет время для получения скорости и относительного положения, а затем преобразует их в навигационную систему координат, так что текущее положение носителя может быть получено путем объединения информации о начальном положении.Инерциальная навигация — это система навигации с замкнутым контуром управления, в которой отсутствует внешний ввод данных для коррекции ошибок во время движения несущей. Поэтому отдельная инерциальная навигационная система может использоваться только в течение коротких периодов навигации. Для длительной работы системы необходимо периодически корректировать накопленную внутреннюю ошибку с помощью спутниковой навигации.2. Гироскопы в инерциальной навигацииТехнология инерциальной навигации широко используется в аэрокосмической отрасли, спутниковой навигации, БПЛА и других областях благодаря высокой скрытности и полной автономности в получении информации о движении. Особенно в области микродронов и автономного вождения технология инерциальной навигации может предоставлять точную информацию о направлении и скорости и играть незаменимую роль в сложных условиях или когда другие внешние вспомогательные навигационные сигналы не могут обеспечить преимущества автономной навигации в окружающей среде, обеспечивая надежное измерение ориентации и положения. В качестве важного компонента в инерциальной навигационной системе, волоконно-оптический гироскоп играет решающую роль в ее навигационных возможностях. В настоящее время на рынке представлены в основном волоконно-оптические гироскопы и MEMS-гироскопы. Хотя точность волоконно-оптического гироскопа высока, вся его система состоит из соединителей,Модулятор, оптическое волоконное кольцо и другие дискретные компоненты приводят к большим объемам и высокой стоимости, в микро-БПЛА, беспилотных летательных аппаратах и ​​других областях не могут удовлетворить требованиям миниатюризации и низкой стоимости, что значительно ограничивает их применение. Хотя MEMS-гироскопы могут быть миниатюризированы, их точность низка. Кроме того, они имеют подвижные части, низкую устойчивость к ударам и вибрации, и их трудно применять в суровых условиях.3. Краткое содержаниеВолоконно-оптический гироскоп GF70ZK от Micro-Magic Inc. разработан в соответствии с концепцией традиционных волоконно-оптических гироскопов, имеет небольшие размеры (70*70*32 мм), малый вес (менее 250 г), низкое энергопотребление (менее 4 Вт), быстрый запуск (всего 5 секунд). Этот волоконно-оптический гироскоп прост в эксплуатации и использовании и широко применяется в инерциальных навигационных системах (ИНС), инерциальных измерительных блоках (ИМУ), системах позиционирования, системах определения севера, системах стабилизации платформ и других областях.Стабильность нулевого смещения нашего GF80 составляет от 0,01 до 0,02. Самое большое различие между этими двумя волоконно-оптическими гироскопами заключается в разном диапазоне измерений. Конечно, наш волоконно-оптический гироскоп может использоваться в инерциальной навигации. Вы можете сделать детальный выбор в зависимости от точности и диапазона измерений. Приглашаем вас в любое время проконсультироваться с нами и получить более подробную техническую информацию.GF70ZKВолоконно-оптический гироскоп, датчики определения направления на север, инерциальная навигация, система определения положения/азимута. Г-Ф80Миниатюрные волоконно-оптические гиродатчики, компактный размер 80 мм. 

Основные положенияИзделие: кварцевый гибкий акселерометрОсновные характеристики:Компоненты: Используется технология кварцевых гибких элементов для обеспечения высокой чувствительности и низкого уровня шума при измерении ускорения.Назначение: Подходит как для статических, так и для динамических измерений ускорения, с минимальным воздействием условий низкого давления.Области применения: Идеально подходит для мониторинга микровибраций на орбитах космических аппаратов и применим в инерциальных навигационных системах.Анализ характеристик: Демонстрирует незначительные изменения масштабного коэффициента (менее 0,1%) в условиях вакуума, что обеспечивает точность и надежность.Заключение: Обеспечивает надежную работу в течение длительного времени на орбите, что делает его подходящим для высокоточных аэрокосмических задач.Кварцевый гибкий акселерометр обладает высокой чувствительностью и низким уровнем шума, что делает его пригодным для измерения как статического, так и динамического ускорения. Он может использоваться в качестве чувствительного к ускорению датчика для мониторинга микровибраций в условиях орбиты космических аппаратов. В данной статье в основном рассматривается влияние низкого давления на кварцевый гибкий акселерометр.Чувствительная диафрагма кварцевого акселерометра испытывает демпфирование мембраны при движении в воздушной среде, что потенциально может привести к изменению характеристик датчика (масштабный коэффициент и шум) в условиях низкого давления. Это может повлиять на точность и прецизионность измерения ускорения микровибраций на орбите. Поэтому необходимо проанализировать этот эффект и представить заключение о возможности долговременного использования гибких кварцевых акселерометров в условиях высокого вакуума.Рис. 1. Кварцевые акселерометры на орбитах космических аппаратов.1. Анализ демпфирования в условиях низкого давленияЧем дольше кварцевый гибкий акселерометр работает на орбите, тем больше утечки воздуха происходит внутри корпуса, что приводит к снижению давления воздуха до тех пор, пока оно не достигнет равновесия с вакуумной средой космического пространства. Средняя длина свободного пробега молекул воздуха будет непрерывно увеличиваться, приближаясь к 30 мкм или даже превышая их, и состояние воздушного потока будет постепенно переходить от вязкого течения к вязкомолекулярному. Когда давление падает ниже 102 Па, оно переходит в состояние молекулярного течения. Демпфирование воздуха становится все меньше и меньше, и в состоянии молекулярного течения демпфирование воздуха практически равно нулю, оставляя только электромагнитное демпфирование для диафрагмы кварцевого гибкого акселерометра.Для кварцевых гибких акселерометров, которые должны длительное время работать в условиях низкого давления или вакуума в космосе, при значительной утечке газа в течение требуемого срока службы коэффициент демпфирования мембраны значительно снизится. Это изменит характеристики акселерометра, сделав рассеянные свободные колебания неэффективными для затухания. Следовательно, масштабный коэффициент и уровень шума датчика могут измениться, что потенциально повлияет на точность и прецизионность измерений. Поэтому необходимо провести испытания на работоспособность кварцевых гибких акселерометров в условиях низкого давления и сравнить результаты испытаний, чтобы оценить степень влияния условий низкого давления на точность измерений кварцевых гибких акселерометров.2. Влияние низкого давления на масштабный коэффициент кварцевых гибких акселерометров.На основе анализа принципов работы и условий применения кварцевых гибких акселерометров установлено, что изделие герметизируется при давлении 1 атмосфера, а условия применения — вакуум на низкой околоземной орбите (степень вакуума приблизительно 10⁻⁵–10⁻⁶ Па) на расстоянии 500 км от Земли. В кварцевых гибких акселерометрах обычно используется технология герметизации эпоксидной смолой, при этом гарантированная скорость утечки составляет 1,0 × 10⁻⁴ Па·л/с. В вакуумной среде внутренний воздух будет медленно выходить наружу, при этом давление снизится до 0,1 атмосферы (вязко-молекулярное течение) через 30 дней и до 10⁻⁵ Па (молекулярное течение) через 330 дней.Влияние воздушного демпфирования на кварцевые гибкие акселерометры проявляется главным образом в двух аспектах: влиянии на масштабный коэффициент и влиянии на шум. Согласно анализу конструкции, влияние воздушного демпфирования на масштабный коэффициент составляет приблизительно 0,0004 (при падении давления до вакуума воздушное демпфирование отсутствует). Процесс расчета и анализа выглядит следующим образом:Кварцевый гибкий акселерометр использует метод наклона под действием силы тяжести для статической калибровки. В маятниковом механизме акселерометра, в воздушной среде, нормальная сила, действующая на маятник, равна mg0, а выталкивающая сила fb равна ρVg0. Электромагнитная сила, действующая на маятник, равна разности между силой, действующей на него из-за силы тяжести, и выталкивающей силой, и выражается следующим образом:f=mg0-ρVg0Где:m — масса маятника, m = 8,12 × 10⁻⁴ кг.ρ — плотность сухого воздуха, ρ = 1,293 кг/м³.V — это объем подвижной части маятникового механизма, V = 280 мм³.g0 — ускорение свободного падения, g0 = 9,80665 м/с².Процентное соотношение выталкивающей силы к силе тяжести, действующей на сам маятниковый механизм, составляет:ρVg0/mg0=ρV/m≈0,044%В вакуумной среде, когда плотность воздуха приблизительно равна нулю из-за утечки газа, приводящей к равновесию давления внутри и снаружи прибора, изменение масштабного коэффициента кварцевого гибкого акселерометра составляет 0,044%.3. Заключение:Низкое давление может влиять на масштабный коэффициент и шум кварцевого гибкого акселерометра. Расчеты и анализ показали, что максимальное влияние вакуумной среды на масштабный коэффициент составляет не более 0,044%. Теоретический анализ указывает на то, что влияние низкого давления на масштабный коэффициент датчика составляет менее 0,1%, при этом влияние на точность измерений минимально и им можно пренебречь. Это демонстрирует, что низкое давление или вакуум оказывают минимальное влияние на масштабный коэффициент и шум кварцевого гибкого акселерометра, что делает его пригодным для длительного применения на орбите.Стоит отметить, что кварцевые гибкие акселерометры серии AC7 разработаны специально для аэрокосмических применений. Среди них AC7 обладает самой высокой точностью: повторяемость нулевого смещения ≤20 мкг, масштабный коэффициент 1,2 мА/г и повторяемость масштабного коэффициента ≤20 мкг. Он полностью подходит для мониторинга микровибрационного окружения космических аппаратов на орбите. Кроме того, его можно применять в инерциальных навигационных системах и системах статического измерения углов с высокими требованиями к точности. AC-5Кварцевый вибродатчик акселерометра с низким уровнем отклонения для IMU Ins.  

Основные положенияИзделие: MEMS-гироскоп навигационного классаОсновные характеристики:Компоненты: MEMS-гироскоп для точного измерения угловой скорости.Функция: Обеспечивает высокоточные навигационные данные с низким дрейфом, подходящие для длительной и стабильной навигации.Области применения: Идеально подходит для аэрокосмической отрасли, систем наведения тактических ракет, морской навигации и промышленной робототехники.Характеристики: Отличается низкой нестабильностью смещения и случайным дрейфом, обеспечивая надежную работу в течение длительного времени.Сравнение: Различные модели (MG-101, MG-401, MG-501) удовлетворяют различным требованиям к точности, при этом модель MG-101 обеспечивает наивысшую точность.MEMS-гироскоп — это инерциальный датчик для измерения угловой скорости или углового смещения. Он имеет широкие перспективы применения в нефтедобыче, системах наведения оружия, аэрокосмической отрасли, горнодобывающей промышленности, геодезии и картографии, промышленной робототехнике и бытовой электронике. В связи с различными требованиями к точности в разных областях, MEMS-гироскопы на рынке делятся на три уровня: навигационный, тактический и потребительский.В данной статье подробно рассматриваются навигационные MEMS-гироскопы и проводится сравнение их параметров. Далее будут рассмотрены технические показатели MEMS-гироскопов, проведен анализ дрейфа гироскопов и проведено сравнение трех навигационных MEMS-гироскопов.Технические характеристики MEMS-гироскопаИдеальный MEMS-гироскоп должен обладать таким свойством, чтобы выходной сигнал его чувствительной оси был пропорционален входным угловым параметрам (углу, угловой скорости) соответствующей оси несущей при любых условиях и не был чувствителен к угловым параметрам своей поперечной оси, а также к любым неугловым параметрам оси (таким как вибрационное ускорение и линейное ускорение). Основные технические характеристики MEMS-гироскопа приведены в таблице 1.Технический индикаторЕдиницаЗначениеДиапазон измерений(°)/сЭффективно чувствителен к диапазону входной угловой скорости.Нулевое смещение(°)/чВыходной сигнал гироскопа при нулевом входном сигнале. Поскольку выходные сигналы различаются, для представления одного и того же типа продукции обычно используется эквивалентный входной сигнал, и чем меньше нулевое смещение, тем лучше; для разных моделей продукции меньшее нулевое смещение не гарантирует лучшего результата.Повторяемость смещения(°)/h(1σ)При одинаковых условиях и с заданными интервалами (последовательно, ежедневно, через день…) степень согласования между частичными значениями повторных измерений. Выражается в виде стандартного отклонения каждого измеренного смещения. Чем меньше значение, тем лучше для всех гироскопов (оценивает, насколько легко компенсировать нулевое значение).Нулевой дрейф(°)/сСкорость изменения во времени отклонения выходного сигнала гироскопа от идеального выходного сигнала. Она содержит как стохастические, так и систематические составляющие и выражается через соответствующее угловое смещение входного сигнала относительно инерциального пространства в единицу времени.Масштабный коэффициентВ/(°)/с、мА/(°)/сОтношение изменения выходного сигнала к изменению входного сигнала, подлежащего измерению.Пропускная способностьHzПри проверке частотных характеристик гироскопа установлено, что диапазон частот, соответствующий амплитуде измеряемой величины, уменьшается на 3 дБ, а точность гироскопа может быть повышена за счет уменьшения полосы пропускания.Таблица 1. Основные технические показатели MEMS-гироскопа.Дрейфовый анализ гироскопаЕсли в гироскопе присутствует интерференционный момент, вал ротора отклонится от исходного стабильного опорного азимута и возникнет ошибка. Угол отклонения оси ротора относительно азимута инерциального пространства (или опорного азимута) за единицу времени называется скоростью дрейфа гироскопа. Основной показатель точности гироскопа — скорость дрейфа.Дрейф гироскопа делится на две категории: систематический, закон которого известен, он вызывает регулярный дрейф, поэтому его можно компенсировать с помощью компьютера; другой тип дрейфа обусловлен случайными факторами и вызывает случайный дрейф. Скорость систематического дрейфа выражается угловым смещением в единицу времени, а скорость случайного дрейфа — среднеквадратичным значением углового смещения в единицу времени или стандартным отклонением. Приблизительный диапазон скоростей случайного дрейфа для различных типов гироскопов, достижимый в настоящее время, показан в таблице 2.Тип гироскопаСкорость случайного дрейфа/(°)·ч-1Шарикоподшипниковый гироскоп10-1Гироскоп с вращающимся подшипником1-0.1Жидкостный поплавковый гироскоп0,01-0,001Гироскоп с воздушным поплавком0,01-0,001Динамически настроенный гироскоп0,01-0,001Электростатический гироскоп0,01-0,0001Полусферический резонансный гироскоп0,1-0,01Кольцевой лазерный гироскоп0,01-0,001Волоконно-оптический гироскоп1-0.1Таблица 2. Скорость случайного дрейфа различных типов гироскопов. Приблизительный диапазон требуемой скорости случайного дрейфа гироскопа для различных применений показан в таблице 3. Типичный показатель точности позиционирования инерциальной навигационной системы составляет 1n миль/ч (1n миль = 1852 м), что требует, чтобы скорость случайного дрейфа гироскопа достигала 0,01°/ч, поэтому гироскоп со скоростью случайного дрейфа 0,01°/ч обычно называют инерциальным навигационным гироскопом.ПриложениеТребования к скорости случайного дрейфа гиро/(°)·ч-1Гироскоп скорости в системе управления полетом150-10Вертикальный гироскоп в системе управления полетом30-10Направленный гироскоп в системе управления полетом10-1Тактическая инерциальная система наведения ракеты1-0.1Морской гирокомпас, система определения курса, система бокового позиционирования артиллерии, инерциальная навигационная система для наземных транспортных средств.0,1-0,01Инерциальные навигационные системы для самолетов и судов0,01-0,001Стратегическая ракета, крылатая ракета, инерциальная система наведения0,01-0,0005Таблица 3. Требования к скорости случайного дрейфа гироскопа в различных областях применения. Сравнение трех навигационных MEMS-гироскоповСерия MG от Micro-Magic Inc. — это высокоточные MEMS-гироскопы навигационного класса, отвечающие потребностям различных областей. В следующей таблице сравниваются дальность действия, нестабильность смещения, угловое случайное блуждание, стабильность смещения, масштабный коэффициент, полоса пропускания и шум.　МГ-101МГ-401МГ-501Динамический диапазон (град/с)±100±400±500Нестабильность смещения (град/час)0.10,52Угловое случайное блуждание (°/√h)0,0050,025~0,050.125-0.1Стабильность смещения (1σ 10 с) (град/час)0.10,52~5Таблица 4. Таблица сравнения параметров трех навигационных MEMS-гироскопов.Надеюсь, эта статья поможет вам понять технические характеристики навигационных MEMS-гироскопов и сравнительную взаимосвязь между ними. Если вас интересует более подробная информация о MEMS-гироскопах, пожалуйста, свяжитесь с нами. MG502MEMS-гироскоп MG502  

Основные положенияПродукт: Инерциальная навигационная система (ИНС) на основе инерциального измерительного блока (ИМББ).Основные характеристики:Компоненты: Использует MEMS-акселерометры и гироскопы для измерения ускорения и угловой скорости в реальном времени.Функция: Интегрирует исходные данные о положении и ориентации с измерениями инерциального измерительного блока (IMU) для расчета положения и ориентации в реальном времени.Области применения: Идеально подходит для навигации внутри помещений, аэрокосмической отрасли, автономных систем и робототехники.Задачи: Устранение ошибок датчиков, кумулятивного дрейфа и влияния динамической среды с помощью методов калибровки и фильтрации.Вывод: Обеспечивает точное позиционирование в сложных условиях, демонстрируя высокую эффективность при использовании в сочетании со вспомогательными системами позиционирования, такими как GPS. MEMS-гироскоп работает на основе угловой скорости, чувствительной к силе Кориолиса, и его система управления делится на контур управления режимом привода и контур управления режимом обнаружения. Только обеспечивая отслеживание амплитуды колебаний в режиме привода и резонансной частоты в реальном времени, демодуляция канала обнаружения позволяет получить точную информацию об угловой скорости на входе. В данной статье будет проведен анализ контура управления режимом привода MEMS-гироскопа с разных сторон.Модель контура управления режимами приводаВибрационное смещение в режиме работы MEMS-гироскопа преобразуется в изменение емкости с помощью структуры обнаружения с гребенчатым конденсатором, а затем емкость преобразуется в сигнал напряжения, характеризующий смещение гироскопа, через кольцевую диодную схему. После этого сигнал поступает в две ветви: одна проходит через модуль автоматической регулировки усиления (АРУ) для управления амплитудой, а другая — через модуль фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для управления фазой. В модуле АРУ амплитуда сигнала смещения сначала демодулируется путем умножения и низкочастотного фильтра, а затем амплитуда регулируется до заданного опорного значения через ПИ-канал, и на выходе получается управляющий сигнал амплитуды. Опорный сигнал, используемый для умножения и демодуляции в модуле ФАПЧ, ортогонален опорному сигналу демодуляции, используемому в модуле АРУ. После прохождения сигнала через модуль ФАПЧ можно отслеживать резонансную частоту гироскопа. Выход модуля представляет собой управляющий сигнал фазы управления. Два управляющих сигнала умножаются для генерации напряжения управления гироскопом, которое подается на управляющий гребенчатый генератор и преобразуется в электростатическую движущую силу для управления режимом работы гироскопа, образуя таким образом замкнутый контур управления режимом работы гироскопа. На рисунке 1 показан контур управления режимом работы MEMS-гироскопа.Рисунок 1. Блок-схема структуры управления режимом работы MEMS-гироскопа.Функция передачи режима приводаСогласно динамическому уравнению режима работы вибрирующего МЭМС-гироскопа, непрерывную передаточную функцию можно получить с помощью преобразования Лапласа:Где mx — эквивалентная масса режима работы гироскопа, ωx = √kx/mx — резонансная частота режима работы, а Qx = mxωx/cx — добротность режима работы.Преобразовательная связь перемещения-емкостиСогласно анализу емкости детектирования зубцов гребенки, при игнорировании краевого эффекта связь преобразования смещения в емкость является линейной, а коэффициент усиления дифференциальной емкости, изменяющийся со смещением, может быть выражен следующим образом:Где nx — количество активных гребенчатых частот, управляемых гироскопическим режимом, ε0 — диэлектрическая постоянная вакуума, hx — толщина управляющих детектирующих гребенок, lx — длина перекрытия управляющей детектирующей активной и неподвижной гребенчатых частот в состоянии покоя, и dx — расстояние между зубцами.Преобразователь емкости в напряжениеВ данной работе используется схема преобразования напряжения в конденсатор, представляющая собой кольцевую диодную схему, принципиальная схема которой показана на рисунке 2.Рисунок 2. Схема кольцевой диодной цепи.На рисунке C1 и C2 — дифференциальные конденсаторы гироскопа, C3 и C4 — демодуляционные конденсаторы, а Vca — амплитуда прямоугольного импульса. Принцип работы: когда прямоугольный импульс находится в положительной полупериоде, диоды D2 и D4 включаются, затем конденсатор C1 заряжает C4, а C2 — C3; когда прямоугольный импульс находится в положительной полупериоде, диоды D1 и D3 включаются, затем конденсатор C1 разряжается на C3, а C2 — на C4. Таким образом, после нескольких циклов прямоугольного импульса напряжение на демодулированных конденсаторах C3 и C4 стабилизируется. Выражение для этого напряжения:В рассматриваемом в данной работе кремниевом микромеханическом гироскопе статическая емкость составляет несколько пикофарад, а изменение емкости менее 0,5 пФ, в то время как емкость демодуляции, используемая в схеме, составляет порядка 100 пФ, поэтому имеются CC0》∆C и C2》∆C2, а коэффициент преобразования напряжения конденсатора определяется по упрощенной формуле:Где Kpa — коэффициент усиления дифференциального усилителя, C0 — демодуляционная емкость, C — статическая емкость детектирующей емкости, Vca — амплитуда несущей, а VD — падение напряжения на диоде в открытом состоянии.Преобразователь емкости в напряжениеФазовое управление является важной частью управления приводом MEMS-гироскопа. Технология фазовой автоподстройки частоты позволяет отслеживать изменение частоты входного сигнала в захваченном частотном диапазоне и фиксировать фазовый сдвиг. Поэтому в данной работе для фазового управления гироскопом используется технология фазовой автоподстройки частоты, а её базовая блок-схема показана на рисунке 3.Рисунок 3. Блок-схема базовой структуры ФАПЧ.ФАПЧ (PLL) — это система автоматического регулирования фазы с отрицательной обратной связью. Принцип её работы можно кратко описать следующим образом: внешний входной сигнал ui(t) и сигнал обратной связи uo(t) на выходе генератора управляемого напряжением (VCO) одновременно подаются на фазовый дискриминатор для сравнения фаз двух сигналов, а на выходе фазового дискриминатора выдаётся сигнал ошибки напряжения ud(t), отражающий разность фаз θe(t) двух сигналов; сигнал проходит через фильтр контура, отфильтровывая высокочастотные компоненты и шум, получая управляющий напряжением генератор uc(t). Управляющий напряжением генератор регулирует частоту выходного сигнала в соответствии с этим управляющим напряжением, постепенно приближая её к частоте входного сигнала, и в итоге получается выходной сигнал uo(t). Когда частота ui(t) становится равной uo(t) или достигает стабильного значения, контур переходит в заблокированное состояние.Автоматическая регулировка усиленияАвтоматическая регулировка усиления (АРУ) — это замкнутая система отрицательной обратной связи с регулировкой амплитуды, которая в сочетании с фазовой автоподстройкой частоты обеспечивает амплитудно-фазовую стабильность колебаний в режиме управления гироскопом. Ее структурная схема показана на рисунке 4.Рисунок 4. Блок-схема структуры автоматической регулировки усиления.Принцип работы автоматической регулировки усиления можно кратко описать следующим образом: сигнал ui(t), содержащий информацию о перемещении гироскопа, поступает на линию обнаружения амплитуды, сигнал амплитуды перемещения извлекается путем умножения и демодуляции, а затем высокочастотная составляющая и шум фильтруются с помощью фильтра нижних частот; в результате получается относительно чистый сигнал постоянного напряжения, характеризующий перемещение, который затем управляется сигналом до заданного опорного значения через ПИ-регулятор и выдается электрический сигнал ua(t), управляющий амплитудой перемещения, что завершает регулировку амплитуды.ЗаключениеВ данной статье представлен контур управления режимом работы MEMS-гироскопа, включая модель, преобразование емкости в режим блокировки, преобразование емкости в напряжение, фазовую автоподстройку частоты и автоматическую регулировку усиления. Компания Micro-Magic Inc., производитель MEMS-гироскопических датчиков, провела подробные исследования MEMS-гироскопов и часто популяризировала и распространяла соответствующие знания о них. Для более глубокого понимания MEMS-гироскопов можно обратиться к параметрам MG-501 и MG1001.Если вас интересует более подробная информация и продукция в области MEMS, пожалуйста, свяжитесь с нами. MG502MEMS-гироскоп MG502   

Основные положенияПродукт: Инерциальный северный искательОсновные характеристики:Компоненты: Использует MEMS-гироскоп для измерения угловой скорости и расчета азимутального направления, с компенсацией ошибки ориентации.Функция: Обеспечивает измерение азимута в реальном времени с использованием данных о вращении Земли, с коррекцией ошибок тангажа и крена.Области применения: Идеально подходит для навигации в самолетах, дронах и транспортных средствах, особенно в районах с ненадежным покрытием GNSS.Компенсация ошибок: для повышения точности компенсируются ошибки ориентации (тангажа и крена) и ошибки установки гироскопа.Вывод: устройство наведения на север обеспечивает точные измерения азимута с минимальной погрешностью, что делает его пригодным для навигации и определения направления в различных областях применения.1. Принцип работы инерциального северного искателяПринцип работы инерциального датчика направления на север заключается в измерении угловой скорости вращения Земли с помощью гироскопа и последующем вычислении угла между направлением на север и измеренным направлением. Предположим, что широта S в точке нахождения несущего объекта в северном полушарии равна φ, а вектор угловой скорости Ω вращения Земли в этой точке имеет горизонтальную составляющую Ωx0, направленную на север, и вертикальную составляющую Ωz0, направленную вверх. Тогда выполняется следующее соотношение:Предполагая, что несущая находится в полностью горизонтальном положении, а угол между ней и истинным севером равен H, составляющая на чувствительной оси гироскопа северного наведения, то есть значение измерения гироскопа, равна:Поскольку и известны, азимутальный угол можно рассчитать таким образом, то есть выходное значение северного искателя в идеальных условиях абсолютной горизонтальности несущей и отсутствия погрешностей установки. На практике погрешность угла ориентации несущей и погрешность установки гирофотоснимка влияют на значение измерения гирофотоснимка и приводят к снижению точности измерения северного искателя.2. Анализ ошибки угла ориентации носителяОпределим геопространственную систему координат O-XYZ: центр масс несущей находится в точке O, ось X направлена ​​на север вдоль местного меридиана, ось Y — на запад вдоль местной широты, а ось Z перпендикулярна местной горизонтальной плоскости, направленной вверх; плоскости XOY, YOZ и XOZ перпендикулярны друг другу. , разделив пространство на восемь гексаграмм.Для удобства анализа предполагается, что центр гироскопа северного искателя совпадает с центром масс авианосца. Если не учитывать погрешность установки, измерительная ось гироскопа северного искателя совпадает с головной и хвостовой осями авианосца. Единичный вектор ОМ расположен на чувствительной оси гироскопа, которая направлена ​​вперед вдоль головной и хвостовой осей авианосца, а другой единичный вектор ОМ перпендикулярен ОМ слева. Угол ошибки ориентации авианосца определяется следующим образом: угол ошибки тангажа — это угол между ОМ и OXb (проекция ОМ на горизонтальную плоскость), при котором передняя часть авианосца поднимается положительно; угол ошибки крена — это угол между ОМ и ОЙb (линия пересечения профиля авианосца с горизонтальной плоскостью над ОМ), при котором левая сторона авианосца поднимается положительно. Угол между OX и OXb — это азимутальный угол H. Легко получить следующее вертикальное соотношение: OYb⊥OXb ⊥OZ, OYb⊥OZ, OXb⊥ oz, то есть плоскости XbOYb, XbOZ и YbOZ перпендикулярны друг другу. Эти три плоскости могут образовывать несущую пространственную систему координат O-XbYbZ, как показано на рисунке 1, которую можно понимать как систему географических пространственных координат O-XYZ, сформированную поворотом азимутального угла H по часовой стрелке.Горизонтальная и вертикальная компоненты угловой скорости вращения Земли в точке расположения несущей представляют собой векторы OA и OB соответственно, тогда координаты точек A и B находятся в системе координат O-XbYbZ. Координаты M и N получены с помощью пространственной аналитической геометрии. Поскольку все три точки M, O и N находятся в плоскости несущей, уравнение плоскости MON можно получить согласно точечному методу выражения плоскости:Измеренное значение гиросигнала северного искателя представляет собой сумму проекционных значений OA и OB на чувствительную ось OM, как показано в формуле:Эта формула преобразуется в идеальное выражение измеренного значения при θ = 0°. Погрешность измерения гироскопа:Видно, что погрешность измерения гироскопа в данный момент связана с углом тангажа, углом азимута H и широтой, а угол крена возникает из-за вращения несущей плоскости вокруг носовой и хвостовой осей, то есть чувствительной оси OM, поэтому угол погрешности не влияет на измеренное значение MOM на OM.3. РезюмеВ процессе работы северного искателя возникает множество источников ошибок, и в плане компенсации этих ошибок компания Micro-Magic Inc. стремится к созданию более совершенных и экономичных инерциальных устройств. В новом MEMS-сегментном северном искателе для горнодобывающей промышленности NF1000 добавлена ​​функция компенсации ориентации, а также в экономичном северном искателе NF2000 и самом маленьком в мире трехосевом MEMS-сегментном северном искателе NF3000 — ждем вашего внимания. NF1000Высокопроизводительная динамическая MEMS-система навигации North Seeker -

Основные положенияПродукт: Метод определения местоположения на местности с использованием инерциального измерительного блока (IMU) и стационарной камеры.Основные характеристики:Компоненты: инерциальный измерительный блок (ИМБ) и неподвижная камера, надежно закрепленные для обеспечения стабильного положения.Функция: Сочетает высокоточное измерение ориентации с помощью инерциального измерительного блока (IMU) с визуальным позиционированием с камеры для точного определения местоположения на местности.Области применения: Подходит для дронов, робототехники и беспилотных автомобилей.Слияние данных: Интегрирует данные инерциального измерительного блока (IMU) с изображениями, полученными с камеры, для определения точных географических координат.Вывод: Этот метод повышает точность и эффективность позиционирования, одновременно упрощая калибровку, и имеет потенциал для широкого применения в различных технологических областях.ПредставлятьМетод определения местоположения на местности, при котором инерциальный измерительный блок (IMU) и камера устанавливаются стационарно. Он сочетает в себе высокоточное измерение ориентации IMU и возможности визуального позиционирования камеры для достижения эффективного и точного определения местоположения на местности. Ниже приведены подробные этапы метода:Сначала надежно закрепите инерциальный измерительный блок (IMU) и камеру, чтобы обеспечить неизменность их относительного положения. Этот метод установки исключает трудоемкие этапы калибровки положения камеры и IMU, которые требуются при традиционном способе, и упрощает процесс эксплуатации.Далее, инерциальный измерительный блок (IMU) используется для измерения ускорения и угловой скорости носителя в инерциальной системе отсчета. IMU содержит акселерометр и гироскоп, которые могут в режиме реального времени отслеживать состояние движения носителя. Акселерометр отвечает за определение текущей скорости ускорения, а гироскоп — за определение изменений направления, угла крена и наклона носителя. Эти данные предоставляют ключевую информацию для последующего расчета ориентации и позиционирования.Затем, на основе данных, измеренных инерциальным измерительным блоком (IMU), информация об ориентации носителя в навигационной системе координат рассчитывается с помощью интегральной операции и алгоритма определения ориентации. Это включает в себя углы рыскания, тангажа, крена и т. д. носителя. Благодаря высокой частоте обновления IMU, рабочая частота может достигать более 100 Гц, что позволяет предоставлять высокоточные данные об ориентации в реальном времени.Одновременно с этим камера захватывает точки опоры на местности или информацию о ключевых объектах и ​​генерирует данные изображения. Эти данные изображения содержат богатую пространственную информацию и могут быть использованы для совместной обработки с данными инерциального измерительного блока (IMU).Далее, информация об ориентации, предоставляемая инерциальным измерительным блоком (IMU), объединяется с данными изображения, полученными с камеры. Путем сопоставления опорных точек на изображении с известными точками в географической системе координат, а также с данными об ориентации, полученными от IMU, можно рассчитать точное положение камеры в географической системе координат.Наконец, матрица проекции используется для пересечения с линией нормали, чтобы получить пространственное положение цели. Этот метод объединяет данные об ориентации инерциального измерительного блока (IMU) и данные изображения с камеры для достижения точной оценки пространственного положения цели путем вычисления матрицы проекции и точки пересечения.Этот метод позволяет достичь высокоточной и высокоэффективной наземной позиционирования. Стационарная установка инерциального измерительного блока (IMU) и камеры упрощает процесс эксплуатации и снижает ошибки калибровки. В то же время, сочетание высокой частоты обновления IMU и возможностей визуального позиционирования камеры повышает точность позиционирования и производительность в реальном времени. Этот метод имеет широкие перспективы применения в таких областях, как беспилотные летательные аппараты, робототехника и автономное вождение.Следует отметить, что, несмотря на множество преимуществ этого метода, в практических приложениях на него могут влиять некоторые факторы, такие как окружающий шум, динамические помехи и т. д. Поэтому в практических приложениях необходимо проводить настройку и оптимизацию параметров в соответствии с конкретными условиями для повышения стабильности и надежности позиционирования.Подведите итогиВ статье выше описан метод определения местоположения на земле при стационарной установке инерциального измерительного блока (IMU) и камеры. Кратко описаны возможности высокоточного измерения ориентации IMU и визуального позиционирования камеры, позволяющие эффективно и точно определять местоположение на земле. Разработанные компанией Micro-Magic Inc. микроэлектромеханические инерциальные измерительные блоки (MEMS IMU) обладают относительно высокой точностью, например, модели U3000 и U7000, которые являются более точными и относятся к навигационным устройствам. Они позволяют точно определять местоположение и ориентацию. Если вы хотите узнать больше об IMU, пожалуйста, свяжитесь с нашими профессиональными техническими специалистами как можно скорее.U7000Гироскоп IMU Rs232/485 для стабилизации радиолокационной/инфракрасной антенны. U3000Датчик IMU MEMS IMU3000 Точность 1 Цифровой выход RS232 RS485 TTL Опционально Modbus 

Основные положенияИзделие: кварцевый акселерометр Q-FlexОсновные характеристики:Компоненты: Конструкция маятника из высокочистого кварца с замкнутой системой обратной связи для точных измерений ускорения.Функция: Обеспечивает точные и стабильные данные об ускорении с низким уровнем шума и хорошей долговременной стабильностью, особенно эффективны в режиме замкнутого контура управления.Области применения: Идеально подходит для навигации и управления ориентацией летательных аппаратов, геологической разведки и промышленных условий, требующих точных инерциальных измерений.Метод измерения: Измерение частотной характеристики в замкнутом контуре, обеспечивающее надежную оценку параметров демпфирования и точную работу.Заключение: Акселерометр Q-Flex обеспечивает высокую точность и стабильность, что делает его ценным инструментом для навигации, управления и промышленных измерений.Акселерометр Q-Flex — это инерциальное измерительное устройство, использующее кварцевый маятник для измерения ускорения объекта по его отклонению от положения равновесия под действием инерционной силы. Благодаря низкому температурному коэффициенту высокочистого кварцевого материала и стабильным конструктивным характеристикам, акселерометр Q-Flex обладает высокой точностью измерений, низким уровнем шума, хорошей долговременной стабильностью и широко используется в системах управления ориентацией, навигации и наведения летательных аппаратов, а также в геологоразведке и других промышленных условиях.1. Метод обнаружения для акселерометра Q-FlexКогда система находится в разомкнутом контуре, поскольку она не может создавать момент обратной связи, маятниковый узел подвергается воздействию слабого момента инерции или активного момента гидротрансформатора, кварцевый маятник легко касается железного ярма и возникает явление насыщения, что значительно затрудняет проверку параметров демпфирования в разомкнутом контуре. Поэтому параметры демпфирования измеряются в замкнутом контуре системы.Частотная характеристика замкнутой системы управления отражает изменение амплитуды и фазы выходного сигнала в зависимости от частоты входного сигнала. Частотная характеристика стабилизированной системы совпадает с частотой входного сигнала, а её амплитуда и фаза являются функциями частоты, поэтому амплитудно-фазовая характеристика частотной характеристики может быть использована для определения математической модели системы. Для получения фактических параметров демпфирования акселерометра используется метод измерения частотной характеристики замкнутой системы.В методе измерения частотной характеристики с обратной связью акселерометр фиксируется на горизонтальном вибростоле в «маятниковом» состоянии, так что направление входного ускорения от вибростола совпадает с чувствительной осью акселерометра, и акселерометр располагается горизонтально в «маятниковом» состоянии, что позволяет исключить асимметрию влияния силы тяжести на входное ускорение. Горизонтальное размещение акселерометра в «маятниковом» состоянии исключает влияние силы тяжести на асимметрию входного ускорения.Рис. 1. Частотная характеристика амплитуды замкнутой петли QFA.Путем управления горизонтальным вибростендом на акселерометр Q-Flex подается синусоидальный сигнал ускорения 6 g (g — ускорение свободного падения, 1 g ≈ 9,8 м/с²) с постепенно увеличивающейся частотой от 0 до 600 Гц. Этот сигнал отражает затухание амплитуды и фазовую задержку выходного сигнала акселерометра в пределах расчетного диапазона и полосы пропускания. Акселерометр будет генерировать соответствующий выходной сигнал под действием вибростенда; регистратор с высокой частотой дискретизации, подключенный к обеим сторонам резистора выборки, записывает выходной сигнал акселерометра и строит амплитудно-частотную характеристику, показанную на рисунке 1.В полосе пропускания амплитудно-частотной характеристики акселерометра кварцевый изгибный акселерометр сохраняет хорошую способность к отслеживанию ускорения. С увеличением частоты входного ускорения пик резонанса системы находится на частоте 565 Гц, значение Mr = 32 дБ, частота среза системы составляет 582 Гц, амплитуда системы на этой частоте начинает затухать более чем на 3 дБ. Поскольку известны момент инерции, жесткость и остальные параметры контура сервоуправления акселерометра Q-Flex, амплитудно-частотная характеристика системы используется для определения неизвестного параметра δ. Передаточная функция замкнутой системы задается следующим образом:Уравнение 1Метод наименьших квадратов позволяет оценить параметры модели на основе фактически наблюдаемых данных, а набор данных об амплитуде частоты получается путем генерации внешнего ускорения через горизонтальный вибростенд, которое измеряется с помощью регистратора пера, как показано в таблице 1.Табл. 1. Данные частотной и амплитудной дискретизации QFA.Функция амплитудно-частотной характеристики системы кварцевого изгибного акселерометра с известными параметрами является целевой функцией, а сумма квадратов остатков с неизвестными параметрами устанавливается какУравнение 2Где n — количество выбранных опорных точек. Используя приведенное выше уравнение, выбирается подходящее значение δ таким образом, чтобы D(δ) имело минимальное значение. Желаемый коэффициент демпфирования получается как δ = 7,54 × 10⁻⁴ Н·м·с/рад с помощью метода наименьших квадратов.Создана модель системы с замкнутым контуром управления, коэффициент демпфирования подставлен в модель головки кварцевого изгибного акселерометра, и система смоделирована, после чего построена амплитудно-частотная характеристика системы, как показано на рис. 2, которая наиболее близка к измеренной кривой.Рис. 2. Амплитудно-частотная характеристика и выходные данные параметрического моделирования.В некоторых исследованиях распределение демпфирования пьезоэлектрической пленки на поверхности маятника было определено методом конечных разностей во временной области, и коэффициент демпфирования пьезоэлектрической пленки маятника составил 1,69×10⁻⁴ Н·м·с/рад, что указывает на то, что коэффициент демпфирования, полученный путем идентификации амплитудно-частотной характеристики системы, имеет тот же порядок величины, что и теоретически рассчитанное значение, а погрешность обусловлена ​​демпфированием материала механической конструкции, ошибками монтажа во время установки и испытаний, ошибками входного сигнала вибростенда и другими факторами окружающей среды.2. ЗаключениеКомпания Micro-Magic Inc. производит высокоточные кварцевые акселерометры, такие как AC-5, отличающиеся малой погрешностью и высокой точностью, стабильностью смещения 5 мкг, повторяемостью масштабного коэффициента 50–100 ppm и весом 55 г. Эти устройства могут широко применяться в нефтедобыче, системах измерения микрогравитации и инерциальной навигации. AC5Акселерометр с кварцевым маятником и широким диапазоном измерений (50 г), кварцевый гибкий акселерометр. 

Основные положенияПродукт: Интегрированные навигационные решения GNSS/INSОсновные характеристики:Компоненты: Интегрированная система включает в себя GNSS-приемник, инерциальный измерительный блок (IMU) и дополнительные датчики, такие как LiDAR или одометры.Функция: Поддерживает точность и стабильность при потере сигнала GNSS с помощью дополнительных датчиков или ограничений состояния движения, таких как ZUPT.Области применения: Идеально подходит для городской навигации, горнодобывающей промышленности, нефтедобычи и других условий, где возможны препятствия для сигнала.Инерциальная навигация: использует гироскопы и акселерометры для измерения положения, скорости и ускорения.Заключение: Конструкция интегрированной системы постоянно совершенствуется, появляются решения, повышающие надежность в сложных условиях эксплуатации, одновременно обеспечивая баланс между стоимостью и сложностью.В интегрированной навигационной системе GNSS/INS измерения GNSS играют решающую роль в коррекции INS. Поэтому надлежащее функционирование интегрированной системы зависит от непрерывности и стабильности спутниковых сигналов. Однако, когда система работает под эстакадами, в кронах деревьев или внутри городских зданий, спутниковые сигналы могут легко блокироваться или подвергаться помехам, что потенциально может привести к потере синхронизации в GNSS-приемнике. В данной статье рассматриваются решения для поддержания точности и стабильности интегрированных навигационных систем GNSS/INS при потере спутниковых сигналов.Когда спутниковый сигнал недоступен в течение длительного периода времени, отсутствие GNSS-коррекций приводит к быстрому накоплению ошибок инерциальной навигационной системы (ИНС), особенно в системах с инерциальными измерительными блоками низкой точности. Эта проблема приводит к снижению точности, стабильности и непрерывности работы интегрированной системы. Следовательно, крайне важно решить эту проблему для повышения надежности интегрированной системы в таких сложных условиях.1. Два основных решения проблемы потери сигнала GNSS/INS.В настоящее время существует два основных решения для устранения проблемы потери спутникового сигнала.Решение 1: Интеграция дополнительных датчиковС одной стороны, в существующую систему GNSS/INS можно интегрировать дополнительные датчики, такие как одометры, лидары, астрономические датчики и визуальные датчики. Таким образом, когда потеря спутникового сигнала делает GNSS недоступной, вновь добавленные датчики могут предоставлять информацию об измерениях и формировать новую интегрированную систему с INS для подавления накопления ошибок INS. Проблемы такого подхода включают в себя увеличение стоимости системы из-за дополнительных датчиков и потенциальную сложность проектирования, если новые датчики потребуют сложных моделей фильтрации.Рис. 1. Общий вид интегрированной навигационной системы GNSS IMU ODO LiDAR SLAM.Решение 2: Технология ZUPTС другой стороны, на основе характеристик движения транспортного средства может быть создана модель позиционирования с ограничениями состояния движения. Этот метод не требует добавления новых датчиков к существующей интегрированной системе, что позволяет избежать дополнительных затрат. В случае недоступности GNSS, новая информация об измерениях предоставляется с учетом ограничений состояния движения для подавления расходимости INS. Например, когда транспортное средство неподвижно, может быть применена технология обновления с нулевой скоростью (ZUPT) для подавления накопления ошибок INS.ZUPT — это недорогой и широко используемый метод уменьшения расходимости инерциальной навигационной системы (ИНС). Когда транспортное средство неподвижно, его скорость теоретически должна быть равна нулю. Однако из-за накопления ошибок ИНС с течением времени выходная скорость не равна нулю, поэтому выходная скорость ИНС может использоваться в качестве измерения ошибки скорости. Таким образом, исходя из ограничения, что скорость транспортного средства равна нулю, можно установить соответствующее уравнение измерения, предоставляющее информацию для интегрированной системы и подавляющее накопление ошибок ИНС.Рис. 2. Блок-схема алгоритма GNSSIMU на основе ZUPT, тесно связанного с CERAV.Однако применение ZUPT требует неподвижности транспортного средства, что делает эту технологию статической технологией обновления нулевой скорости неспособной предоставлять информацию об измерениях во время обычных маневров транспортного средства. На практике это требует частой остановки транспортного средства из движущегося состояния, что снижает его маневренность. Кроме того, ZUPT требует точного определения моментов неподвижности транспортного средства. Если определение не удается, может быть предоставлена ​​неверная информация об измерениях, что потенциально может привести к сбою этого метода и даже к снижению или отклонению точности интегрированной системы.ЗаключениеПотеря спутниковых сигналов может привести к быстрому накоплению ошибок в инерциальной навигационной системе (ИНС), особенно в сложных условиях, таких как городская среда. Представлены два основных решения: добавление дополнительных датчиков, таких как лидар или визуальные датчики, для получения альтернативных измерений, или использование ограничений состояния движения, таких как технология обновления нулевой скорости (ZUPT), для коррекции ошибок ИНС. Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки: интеграция датчиков увеличивает затраты и сложность, в то время как для эффективной работы ZUPT требуется, чтобы транспортное средство было неподвижным и точно определялось.Компания Micro-Magic Inc. находится на переднем крае технологий инерциальной навигации и недавно представила три продукта MEMS INS с поддержкой GNSS, отличающиеся разным уровнем точности (промышленный уровень, тактический уровень и навигационный уровень). Примечательно, что MEMS GNSS/INS промышленного уровня I3500 имеет нестабильность смещения 2,5°/час и угловое случайное блуждание 0,028°/√час, а также высокоточный MEMS акселерометр с большим диапазоном (±6g, нулевая нестабильность смещения).

Основные положенияИзделие: Высокоточный MEMS-акселерометр ACM 1200Функции:Стабильность смещения: 100 мг для надежной компенсации нулевой гравитации.Разрешение: 0,3 мг для точных измерений.Диапазон рабочих температур: заводская калибровка от -40°C до +80°C.Области применения: Предназначен для мониторинга наклона гидротехнических сооружений, объектов гражданского строительства и инфраструктуры.Преимущества: Высокая точность (точность измерения наклона 0,1°), эффективность в динамических условиях, соответствие ключевым критериям, таким как низкий уровень шума, повторяемость и чувствительность по поперечной оси, что повышает долговременную надежность и производительность систем измерения наклона.В области MEMS-систем емкостные акселерометры стали краеугольной технологией для измерения наклона или крена. Эти устройства, необходимые для различных промышленных и бытовых применений, сталкиваются со значительными проблемами, особенно в динамических условиях, где распространены вибрация и удары. Достижение высокой точности, например, точности измерения наклона в 0,1°, требует решения целого ряда технических задач и учета погрешностей. В данной статье рассматриваются ключевые критерии и решения для эффективного измерения наклона с помощью MEMS-акселерометров.1. Ключевые критерии для точного определения наклонаСтабильность смещения: Стабильность смещения относится к способности акселерометра поддерживать постоянное смещение нулевой гравитации с течением времени. Высокая стабильность смещения гарантирует надежность показаний датчика и отсутствие дрейфа, что имеет решающее значение для обеспечения точности измерений наклона. Смещение, вызванное температурой: колебания температуры могут вызывать сдвиги в смещении акселерометра относительно нулевой гравитации. Минимизация этих сдвигов, известных как температурное смещение, имеет важное значение для поддержания точности в различных условиях эксплуатации.Низкий уровень шума: Шум в показаниях датчика может существенно повлиять на точность измерений наклона. Акселерометры с низким уровнем шума крайне важны для получения точных и стабильных показаний наклона, особенно в статических условиях.Повторяемость: Повторяемость относится к способности датчика выдавать одинаковый результат в идентичных условиях в ходе многократных испытаний. Высокая повторяемость обеспечивает стабильную работу, что крайне важно для надежного определения наклона.Коррекция вибраций: В динамических условиях вибрация может искажать данные об угле наклона. Эффективная коррекция вибраций минимизирует влияние этих помех, позволяя получать точные измерения угла наклона даже при воздействии внешних вибраций на датчик.Чувствительность по поперечной оси: Этот параметр измеряет, насколько сильно на выходной сигнал датчика влияют ускорения, перпендикулярные оси измерения. Низкая чувствительность по поперечной оси необходима для обеспечения точной реакции акселерометра только на наклон вдоль заданной оси.2. Проблемы в динамичных средахДинамичные условия окружающей среды создают значительные проблемы для акселерометров MEMS в приложениях, использующих датчики наклона. Вибрация и удары могут вносить ошибки, искажающие данные о наклоне и приводящие к существенным неточностям измерений. Например, достижение

Основные положенияСравнение MEMS-инерциальных измерительных блоков UF300A (навигационного класса) от Micro-Magic Inc. и UF100A (тактического класса).Характеристики навигационного модуля UF300A:Размер: Компактный, подходит для различных применений.Гироскоп: повторяемость смещения