Создание высокоточного миниатюрного MEMS-датчика северного направления

Основные положения

• • Изделие: Высокоточный миниатюрный MEMS-датчик севера

    Основные характеристики:

    • Компоненты: инерциальный измерительный блок (IMU) с 3-осевым MEMS-гироскопом и акселерометром, а также схемы питания, управления и отображения.
    • Функция: Обеспечивает точное определение курса в автономном режиме, независимо от спутников или погодных условий.
    • Области применения: Используется в горнодобывающей промышленности, нефтедобыче, судостроении и туннелях.
    • Инерциальная навигация: измеряет положение, скорость и ускорение с помощью гироскопов и акселерометров.

    В заключение: конструкция MEMS-устройств North Finder постоянно совершенствуется, и такие модели, как NF1000, адаптируются к цилиндрической форме для специализированных отраслей, например, для нефтедобычи.

В качестве прибора для измерения угла между севером и истинным севером, североискатель может предоставлять точную информацию об ориентации и положении в стационарной среде и играет важную роль в горнодобывающей промышленности, нефтедобыче, судостроении, прокладке туннелей и других областях. В настоящее время во всех сферах жизни предъявляются все более высокие требования к размерам и точности североискателей, поэтому они становятся все более точными и миниатюрными.

Для начала я рассмотрю основные моменты, сосредоточившись на устройстве системы определения направления на север, чтобы каждый мог лучше понять принцип работы этой системы.

Основные компоненты северного искателя

MEMS-датчик севера способен передавать информацию о направлении движения объектам в полностью автономном режиме, работая без привязки к спутникам, не завися от климатических условий и не требуя сложных операций. Он не только обеспечивает интерфейс вывода данных для компьютера, но и предоставляет удобный интерфейс взаимодействия человека и машины.

Система поиска севера на основе MEMS-технологии состоит в основном из инерциального измерительного модуля (IMU) и линейной части, а блок-схема аппаратной части показана на рисунке 1. Инерциальный измерительный модуль (IMU) состоит из гироскопа и вращательного механизма. Схема состоит в основном из четырех печатных плат, включая плату питания, плату управления, плату усилителя мощности и опорную пластину. В таблице 1 показаны компоненты системы поиска севера.

Рисунок 1. Блок-схема аппаратной части северного искателя.

Таблица 1. Компоненты северного датчика направления.

На панели MEMS-искателя севера расположены два индикатора: индикатор северного искателя и индикатор питания; две кнопки: кнопка «север» и выключатель питания; пятиразрядный семисегментный цифровой дисплей; предохранитель; устройство подключается к внешним устройствам двумя разъемами: розеткой питания и разъемом интерфейса связи.
Система поиска севера состоит из инерциальных измерительных блоков и алгоритмов, принцип действия которых аналогичен принципу работы инерциальной навигационной системы, разница лишь в том, что разные алгоритмы формируют разные системы. Следовательно, система поиска севера также является инерциальной навигационной системой.
Инерциальная навигационная система позволяет измерять информацию о местоположении, мгновенную скорость, ускорение и угловую скорость с помощью инерциальных измерительных компонентов без помех со стороны внешней среды, без излучения и в скрытом режиме, а также непрерывно предоставлять информацию о местоположении, угле ориентации, линейной скорости, угловой скорости и других параметрах в авиационной, аэрокосмической, навигационной и военной областях.
Основной принцип инерциальной навигации показан на рисунке 2. Система координат, показанная на рисунке, — окси, где (x,y) — мгновенное положение. На платформе инерциальной навигационной системы скорость Vx, Vy и мгновенное положение x и y определяются с помощью компьютерных вычислений, при этом оси x и y управляют осями измерения двух акселерометров соответственно, а акселерометр используется для измерения ускорения по этим двум осям.

Рисунок 2. Основной принцип инерциальной навигации.

В инерциальной навигационной системе поверхность Земли считается сферической, тогда векторное положение представляется долготой и широтой, и, если оси x и y направлены соответственно на север и восток, то векторное положение представляется долготой и широтой:

Где R — радиус Земли; φ0 — начальная широта носителя; λ0 — начальная долгота носителя;
φ – географическая широта местоположения носителя; λ – географическая долгота местоположения носителя;
vx – скорость в северном направлении; vy – скорость в восточном направлении.
Инерциальный измерительный блок, также называемый инерциальным навигационным блоком, состоит из акселерометра и гироскопа. Инерциальная навигационная система состоит из трех частей: инерциального измерительного блока, компьютера и дисплея. Ускорение летательного аппарата, движущегося в трех направлениях — поперечном, продольном и вертикальном, — измеряется тремя акселерометрами, а вращение летательного аппарата в трех направлениях — продольном и вертикальном — измеряется гироскопом с тремя степенями свободы. Компьютер вычисляет скорость и положение летательного аппарата; на дисплее отображается вся необходимая навигационная информация.

Заключение

Большинство северных искателей имеют кубическую форму, но с ростом спроса в различных отраслях промышленности внешний вид северных искателей также меняется. Например, NF1000 — это северный искатель, разработанный для нефтедобычи, горизонтально-направленного бурения и горнодобывающей промышленности, и его форма претерпела значительный прорыв, эволюционировав от куба к цилиндру, что позволяет ему хорошо адаптироваться к форме зонда. Поскольку это MEMS-северный искатель, он содержит трехосевой MEMS-гироскоп и трехосевой MEMS-акселерометр.
Надеюсь, эта статья поможет вам понять структуру высокоточного миниатюрного MEMS-искателя севера. Если вас интересует более подробная информация об устройствах поиска севера, пожалуйста, свяжитесь с нами.