1概要
について
加速計慣性ナビゲーションシステムの最も基本的で不可欠なセンサーの一つである.それは特に動くキャリアの加速を測定するために使用されます.そして,その検出精度と安定性は,直接ナビゲーションと姿勢解決の全体的な精度を決定します.長期間の技術開発の後,加速計は大きなアップグレードを経験し,初期の大型機械やクォーツ高精度装置から今日の小型化装置へと進化しました.量産可能なMEMS加速計この技術アップグレードは,製品のサイズとコストを大幅に削減するだけでなく,作業原理と構造設計を最適化します.異なるタイプの加速計は,感度に明らかな違いがあります.センサーの選択と慣性システムの設計の鍵となる基礎は,それらの基本特性を理解することです.
2基本作業原理
すべての加速計は シンプルなコアワークロジックに従います 加速を直接検出するのではなく 小さな内部質量ブロックの慣性効果に頼ります装置が加速したり減速したりするとセンサーは,これらの機械的変化を標準的な電気信号に変換します.キャリアの加速状態を正確に判断するために.
異なる構造設計により,加速計は主にオープンループおよび閉鎖ループタイプに分かれます.オープンループ構造はシンプルで小型化が簡単です.一般的な消費者や産業用シナリオに非常に適しています. 閉鎖ループの力バランス構造は,質量ブロックを安定状態に保つためにフィードバック調整技術を採用します.この設計は,線形性,動的範囲および長期的安定性を効果的に改善します.,高精度の慣性測定のための主流の選択になります. 実用的な使用では,すべての加速計の性能は処理エラーによって影響されます.環境温度と構造騒音製品最適化と校正の核心方向でもある.
3伝統的な高精度加速計
MEMS技術普及前は,伝統的な機械加速計とクォーツ加速計は,振り子,振動弦,振り子統合ジロとクォーツ柔軟性加速計. これらの伝統的なデバイスのほとんどは,優れた安定性と低漂流性能を持つ,閉ループ力バランス設計を採用します.彼らは,航空宇宙の超高精度要件を満たすことができます.戦略航海 その他の専門分野.
しかし,従来の加速計には明らかな限界があります.複雑な構造,大きな容量,高電力消費,高製造コスト,量産されず,民間機器や工業機器に広く適用できないそれにもかかわらず,彼らの成熟した力バランス測定原理とエラー制御の経験は,現代のMEMS加速計の繰り返しのアップグレードのための重要な技術的基盤を築きました.
4シリコンベースのMEMS加速計
シリコンベースのMEMS加速計は,現在の慣性センサー産業の主流製品です.高性能のシリコン材料を核心として採用し 成熟したマイクロ電気機械加工技術を採用しますMEMS加速計は,従来の装置と比較して高度な統合と良好な一貫性を持っています.消費電子機器から高精度産業用ナビゲーションまで,多様なアプリケーションシナリオに適応できます..
異なる信号検出方法により,主流のMEMS加速計は4つのタイプに分かれ,それぞれの利点がある.容量加速計は最も広く使用されているタイプである.高い感度を持つ低騒音で安定した性能で,ほとんどの消費者,産業および中等精度のナビゲーションシナリオに適しています.ピエゾレシシブ加速計はシンプルな構造と強い衝撃耐性を持っています.主に中低精度モニタリングに用いられるレゾナント加速計は,高線性と強力な反干渉能力を持つ安定した周波数信号を出力し,高精度慣性測定に徐々に適用されます.熱コンベクション加速計は動く機械構造がない超高衝撃耐性と小サイズで,ミニチュア機器の低周波姿勢検出に適しています.
5主要な業績指標
加速計の性能を判断するために,統一されたコア指標が用いられ,これは製品の測定能力と応用適応性を直接反映しています.スケール因子と非線形性は加速出力の精度を決定し,長期的なナビゲーションエラー蓄積に直接影響しますバイアスとバイアス安定性は最も重要な指標であり,静的状態のセンサーのゼロ漂流レベルを表し,慣性ナビゲーションシステムの長期的動作精度を決定します.オーソゴナリティの誤りは,異なる測定軸間の結合干渉を反映する.複数の軸センサーの重要な校正対象である.
さらに,ノイズ密度と帯域幅は,センサーのダイナミックレスポンス能力と最小解像度を決定します.帯域幅とノイズレベルの合理的なマッチングは,応答速度と測定安定性をバランスできます温度の変化は構造の漂流とパラメータ偏差を引き起こす.アクセロメーターの環境適応性を向上させるための主要な最適化方向アラン偏差分析は,様々なランダムエラーを効果的に区別し,センサーの長期安定性を正確に評価することができます.
6主なエラー源と最適化アイデア
実際の作業環境では,すべての加速計が特定のエラーを生成します.これらは主に決定的エラー,ランダムエラー,環境漂流エラーに分かれます.ゼロバイアスのような決定的誤差, 尺度因数偏差と軸の非正角性 は加工や構造の欠陥によるものです.これらのエラーは定期的に発生し,専門的な校正とアルゴリズム補償によって効果的に排除できます.
ランダムなエラーは 主に回路の騒音や機械的な微小振動から生じるセンサーの短期測定解像度に影響し,低ノイズ構造設計とフィルタリングアルゴリズムによって抑制する必要がある環境漂流誤差は,主に温度変化,包装のストレス,および長期的構造老化によって引き起こされます.MEMS加速計の長期安定を制限する主要な要因はこれらのエラーです温度モデリング補償,ストレスの解離プロセス,システムレベルのエラー修正技術によって最適化できます.
7概要と発展傾向
慣性ナビゲーションシステムの基本センサーとして 加速計は微小な慣性変化を捉えることで キャリア運動の正確な認識を完了します巨大な伝統的な機械装置から小型化され統合されたMEMSチップまでアクセレロメーターの技術的な繰り返しは,慣性センサー技術の普及を実現しました. 異なるタイプのアクセレロメーターには独自の性能特性があります.全シナリオのアプリケーションをカバーする完全な製品システムを形成する.
現在,MEMS加速計の主な開発方向は,騒音と温度変動をさらに削減し,長期的な安定性と環境適応性を向上することです.高い精度でバランスMEMS処理技術とエラー補償アルゴリズムの継続的なアップグレードにより,高性能MEMS加速計は,従来の専門機器の精度レベルに徐々に接近しています自動運転,インテリジェント運転,工業用精密制御,高精密ナビゲーション,その他の高級分野ではより広く使用されます.
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