1. Vue d' ensemble
Le
accéléromètreest l'un des capteurs les plus fondamentaux et les plus essentiels des systèmes de navigation par inertie.et sa précision de détection et sa stabilité déterminent directement la précision globale de la navigation et de la résolution de l' attitudeAprès un développement technologique de longue durée, les accéléromètres ont subi de grandes améliorations, passant de grands appareils mécaniques et de quartz de haute précision à ceux miniaturisés d'aujourd'hui.accéléromètres MEMS produisibles en sérieCette mise à niveau technologique réduit non seulement considérablement la taille et le coût du produit, mais optimise également les principes de fonctionnement et la conception structurelle.Les différents types d'accéléromètres présentent des différences évidentes de sensibilitéLa compréhension de leurs caractéristiques de base est la base essentielle de la sélection des capteurs et de la conception des systèmes inertiels.
2Principe de fonctionnement de base
Tous les accéléromètres suivent la même logique de fonctionnement de base simple: au lieu de détecter l'accélération directement, ils s'appuient sur l'effet inertiel d'un minuscule bloc de masse interne.Lorsque l'équipement accélère ou décélère, le bloc de masse inertielle produira un léger déplacement et des changements de contrainte.afin de juger avec précision de l'état d'accélération du transporteur.
Selon les différentes conceptions structurelles, les accéléromètres sont principalement divisés en types en boucle ouverte et en boucle fermée.qui est très adapté aux scénarios communs de consommation et industriels. Les structures d'équilibre de force en boucle fermée adoptent une technologie d'ajustement par rétroaction pour maintenir le bloc de masse dans un état stable. Cette conception améliore efficacement la linéarité, la portée dynamique et la stabilité à long terme,En pratique, les performances de tous les accéléromètres seront affectées par des erreurs de traitement,température ambiante et bruit structurel, qui est également la direction principale de l'optimisation et de l'étalonnage des produits.
3Accéléromètres traditionnels de haute précision
Avant la popularisation de la technologie MEMS, les accéléromètres mécaniques et de quartz traditionnels constituaient la force principale de la mesure inertielle de haute précision, y compris le pendule, la corde vibrante,accéléromètres flexibles à gyro et à quartz intégrés au penduleLa plupart de ces dispositifs traditionnels adoptent une conception de balance de force en boucle fermée, avec une excellente stabilité et de faibles performances de dérive.navigation stratégique et autres domaines professionnels.
Cependant, les accéléromètres traditionnels présentent des limites évidentes: ils ont des structures complexes, un volume important, une consommation d'énergie élevée et des coûts de fabrication élevés.et ne peut pas être produit en série et largement appliqué dans les équipements civils et industrielsNéanmoins, leur principe mature de mesure de l'équilibre des forces et leur expérience en matière de contrôle des erreurs ont jeté une base technique importante pour la mise à niveau itérative des accéléromètres MEMS modernes.
4Accéléromètres MEMS à base de silicium
Les accéléromètres MEMS à base de silicium sont les principaux produits de l'industrie actuelle de la détection inertielle.Ils prennent des matériaux de silicium de haute performance comme noyau et adoptent une technologie de traitement micro-électromécanique mature, réalisant une miniaturisation, une faible consommation d'énergie, un faible coût et une production de masse à grande échelle.et peut s'adapter à des scénarios d'application diversifiés allant de l'électronique grand public à la navigation industrielle de haute précision.
Selon les différentes méthodes de détection du signal, les accéléromètres MEMS traditionnels sont divisés en quatre types avec leurs propres avantages.à haute sensibilité, faible bruit et performances stables, adaptées à la plupart des scénarios de navigation grand public, industrielle et de moyenne précision.qui sont principalement utilisés dans les champs de surveillance de moyenne et basse précisionLes accéléromètres à résonance produisent des signaux de fréquence stables, avec une grande linéarité et une forte capacité anti-interférence, et sont progressivement appliqués dans la mesure de l'inertie de haute précision.Les accéléromètres à convection thermique n'ont pas de structure mécanique mobile, avec une résistance aux chocs extrêmement élevée et une petite taille, adaptée à la détection de l'attitude à basse fréquence des équipements miniatures.
5. Indicateurs de performance de base
Un ensemble d'indicateurs de base unifiés est utilisé pour évaluer les performances des accéléromètres, ce qui reflète directement la capacité de mesure et l'adaptabilité des produits.Le facteur d'échelle et la non-linéarité déterminent la précision de la sortie d'accélération et affecteront directement l'accumulation d'erreurs de navigation à long termeLe biais et la stabilité du biais sont les indicateurs les plus importants, représentant le niveau de dérive zéro du capteur à l'état statique, qui détermine la précision de fonctionnement à long terme des systèmes de navigation inertielle.L'erreur d'orthogonalité reflète l'interférence de couplage entre les différents axes de mesure, qui est un objet d'étalonnage important pour les capteurs multi-axes.
En outre, la densité du bruit et la bande passante déterminent la capacité de réponse dynamique et la résolution minimale du capteur.Une correspondance raisonnable de la bande passante et du niveau de bruit peut équilibrer la vitesse de réponse et la stabilité de mesureLes caractéristiques de température sont également très importantes.qui est la principale direction d'optimisation pour améliorer l'adaptabilité environnementale des accéléromètresL'analyse de la variance Allan permet de distinguer efficacement diverses erreurs aléatoires et d'évaluer avec précision la stabilité à long terme des capteurs.
6. Principales sources d'erreur et idées d'optimisation
Dans les environnements de travail réels, tous les accéléromètres produisent certaines erreurs, qui sont principalement divisées en erreurs déterministes, erreurs aléatoires et erreurs de dérive environnementale.Erreurs déterministes telles que le biais zéro, l'écart de facteur d'échelle et la non-orthogonalité des axes sont causés par des défauts de traitement et de structure.Ces erreurs sont régulières et peuvent être efficacement éliminées par un étalonnage professionnel et une compensation algorithmique..
Les erreurs aléatoires proviennent principalement du bruit du circuit et des micro-vibrations mécaniques,qui affectent la résolution de mesure à court terme du capteur et doivent être supprimés par des algorithmes de conception structurelle et de filtrage à faible bruitLes erreurs de dérive environnementale sont principalement causées par les changements de température, le stress des emballages et le vieillissement structurel à long terme.Ces erreurs sont les principaux facteurs limitant la stabilité à long terme des accéléromètres MEMS, et peut être optimisé grâce à la compensation de la modélisation de la température, au processus de libération des contraintes et à la technologie de correction d'erreur au niveau du système.
7Résumé et Tendance de développement
En tant que capteur de base des systèmes de navigation par inertie, les accéléromètres complètent la perception précise du mouvement du porteur en capturant de minuscules changements d'inertie.Des appareils mécaniques traditionnels encombrants aux puces MEMS miniaturisées et intégrées, l'itération technologique des accéléromètres a réalisé la popularisation de la technologie de détection par inertie.constituer un système de produits complet couvrant les applications dans tous les scénarios.
À l'heure actuelle, l'orientation principale du développement des accéléromètres MEMS est de réduire davantage le bruit et la dérive de température, d'améliorer la stabilité à long terme et l'adaptabilité environnementale,et équilibre haute précisionLa mise à niveau continue de la technologie de traitement MEMS et des algorithmes de compensation d'erreur a permis d'améliorer les performances de l'appareil.Les accéléromètres MEMS à haute performance approchent progressivement le niveau de précision des appareils professionnels traditionnels, et seront plus largement utilisés dans les équipements sans pilote, la conduite intelligente, le contrôle de précision industriel, la navigation de haute précision et d'autres domaines haut de gamme.
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