Сравнение технических характеристик навигационных MEMS-гироскопов

January 10, 2025

Автор

21221

В стремлении к максимальному расслаблению, наши диваны разработаны с учетом вашего благополучия. Каждая линия и подушка спроектированы таким образом, чтобы поддерживать и повторять контуры вашего тела, создавая ощущение комфорта, словно он создан специально для вас. Мы глубоко изучаем науку о сиденьях, чтобы гарантировать, что с каждой минутой, проведенной на наших диванах, вы почувствуете, как мир исчезает. Вы можете собрать диван сразу или добавлять новые элементы постепенно. Если вы измените свое пространство, вы всегда сможете изменить форму.

Мари Р. Уинтерс

Основные положения

Изделие: MEMS-гироскоп навигационного класса

Основные 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-гироскопа

Идеальный 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 индикатор	Единица	Значение
Диапазон измерений	(°)/с	Эффективно чувствителен к диапазону входной угловой скорости.
Нулевое смещение	(°)/ч	Выходной 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	(°)/с	Скорость 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 коэффициент	В/(°)/с、мА/(°)/с	Отношение изменения выходного сигнала к изменению входного сигнала, подлежащего измерению.
Пропускная способность	Hz	При 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 гироскопа

Если 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 гироскопа	Скорость случайного дрейфа/(°)·ч-1
Шарикоподшипниковый гироскоп	10-1
Гироскоп с вращающимся подшипником	1-0.1
Жидкостный поплавковый гироскоп	0,01-0,001
Гироскоп с воздушным поплавком	0,01-0,001
Динамически настроенный гироскоп	0,01-0,001
Электростатический гироскоп	0,01-0,0001
Полусферический резонансный гироскоп	0,1-0,01
Кольцевой лазерный гироскоп	0,01-0,001
Волоконно-оптический гироскоп	1-0.1

Таблица 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.

Приложение	Требования к скорости случайного дрейфа гиро/(°)·ч-1
Гироскоп скорости в системе управления полетом	150-10
Вертикальный гироскоп в системе управления полетом	30-10
Направленный гироскоп в системе управления полетом	10-1
Тактическая инерциальная система наведения ракеты	1-0.1
Морской гирокомпас, система определения курса, система бокового позиционирования артиллерии, инерциальная навигационная система для наземных транспортных средств.	0,1-0,01
Инерциальные навигационные системы для самолетов и судов	0,01-0,001
Стратегическая ракета, крылатая ракета, инерциальная система наведения	0,01-0,0005

Таблица 3. Требования к скорости случайного дрейфа гироскопа в различных областях применения.

Сравнение трех навигационных MEMS-гироскопов

Серия 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-101	МГ-401	МГ-501
Динамический диапазон (град/с)	±100	±400	±500
Нестабильность смещения (град/час)	0.1	0,5	2
Угловое случайное блуждание (°/√h)	0,005	0,025~0,05	0.125-0.1
Стабильность смещения (1σ 10 с) (град/час)	0.1	0,5	2~5

Таблица 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.