1. خلاصه
در
شتاب سنجیکی از اساسی ترین و ضروری ترین سنسورها در سیستم های ناوبری بی حرکت است. به طور خاص برای اندازه گیری شتاب حامل های در حال حرکت استفاده می شود.و دقت و ثبات سنجش به طور مستقیم دقت کلی ناوبری و موقعیت حل را تعیین می کندپس از توسعه تکنولوژیکی طولانی مدت، شتاب سنجها به پیشرفت های بزرگی دست یافته اند و از دستگاه های مکانیکی بزرگ و کوارتزی با دقت بالا به دستگاه های کوچک امروزی تبدیل شده اند.شتاب سنجهای MEMS تولید شده به صورت انبوهاین ارتقاء تکنولوژیکی نه تنها اندازه و هزینه محصول را به شدت کاهش می دهد، بلکه اصول کار و طراحی ساختاری را بهینه می کند.انواع مختلف شتاب سنج ها تفاوت های آشکار در حساسیت دارند، ثبات و سناریوهای کاربرد. درک ویژگی های اساسی آنها پایه اصلی انتخاب سنسورها و طراحی سیستم بی وقفه است.
2اصول کار اساسی
تمام شتاب سنجها از همان منطق کار هسته ای ساده پیروی می کنند. به جای تشخیص سرعت مستقیم، آنها به اثر بی وقفه یک بلوک جرم داخلی کوچک تکیه می کنند.هنگامی که تجهیزات سرعت می گیرند یا کاهش می یابند، بلوک جرم بی وقفه تغییراتی کوچک در جابجایی و فشار ایجاد می کند. سنسور این تغییرات مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی استاندارد تبدیل می کند،به طوری که به طور دقیق وضعیت شتاب دهنده حامل را قضاوت کنید.
بر اساس طرح های ساختاری مختلف، شتاب سنجها عمدتا به انواع حلقه باز و حلقه بسته تقسیم می شوند. ساختارهای حلقه باز ساده و آسان برای کوچک سازی هستند.که برای سناریوهای مشترک مصرف کننده و صنعتی بسیار مناسب است. ساختار تعادل نیروی حلقه بسته استفاده از فن آوری تنظیم بازخورد برای نگه داشتن بلوک جرم در یک حالت پایدار. این طراحی به طور موثر خطی، محدوده پویا و ثبات طولانی مدت را بهبود می بخشد,در استفاده عملی عملکرد تمام شتاب سنجها تحت تاثیر خطاهای پردازش قرار می گیرد.دمای محیط و نویز ساختاری، که همچنین جهت اصلی بهینه سازی و کالیبراسیون محصول است.
3سرعت سنجهای سنتی با دقت بالا
قبل از محبوبیت فناوری MEMS، شتاب سنج های مکانیکی و کوارتزی سنتی نیروی اصلی اندازه گیری بی وقفه با دقت بالا بودند، از جمله لوله، رشته لرزش،شتاب سنجهای انعطاف پذیر جیرو و کوارتزبیشتر این دستگاه های سنتی طراحی تعادل نیروی حلقه بسته را با ثبات عالی و عملکرد کم حرکت پذیر می کنند. آنها می توانند نیازهای دقیق فوق العاده فضا را برآورده کنند.ناوبری استراتژیک و سایر زمینه های حرفه ای.
با این حال، شتاب سنج های سنتی محدودیت های بدیهی دارند. آنها دارای ساختارهای پیچیده، حجم بزرگ، مصرف انرژی بالا و هزینه تولید بالا هستند.و نمی تواند به صورت انبوه تولید شود و به طور گسترده در تجهیزات غیرنظامی و صنعتی استفاده شودبا این حال، اصول اندازه گیری تعادل نیروی بالغ و تجربه کنترل خطا آنها یک پایه فنی مهم برای ارتقاء مکرر شتاب سنج های مدرن MEMS ایجاد کرده است.
4سرعت سنجهای MEMS مبتنی بر سیلیکون
شتاب سنج های MEMS مبتنی بر سیلیکون محصولات اصلی صنعت سنجش بی وقفه فعلی هستند.آنها مواد سیلیکونی با عملکرد بالا را به عنوان هسته می گیرند و تکنولوژی پردازش میکرو الکترومکانیک بالغ را اتخاذ می کننددر مقایسه با دستگاه های سنتی، شتاب سنج های MEMS یکپارچگی بالا و یکپارچگی خوبی دارند.و می تواند به سناریوهای کاربردی متنوع از الکترونیک مصرفی تا ناوبری صنعتی با دقت بالا سازگار شود..
با توجه به روش های تشخیص سیگنال های مختلف، شتاب سنج های MEMS اصلی به چهار نوع با مزایا خاص خود تقسیم می شوند. شتاب سنج های ظرفیتی بیشترین نوع استفاده شده را دارند.با حساسیت بالاسرعت سنجهای پیزورسیستیو دارای ساختار ساده و مقاومت قوی در برابر ضربه هستند.که بیشتر در زمینه های نظارت متوسط و کم دقت استفاده می شوند.شتاب سنج های رزونانت سیگنال های فرکانسی پایدار را با خطی بودن بالا و توانایی قوی ضد تداخل تولید می کنند و به تدریج در اندازه گیری بی وقفه با دقت بالا استفاده می شوند.شتاب سنجهای محور حرارتی هیچ ساختار مکانیکی متحرک ندارند، با مقاومت فوق العاده بالا در برابر ضربه و اندازه کوچک، مناسب برای سنجش حالت فرکانس پایین تجهیزات کوچک است.
5شاخص های عملکرد اصلی
مجموعه ای از شاخص های اصلی یکپارچه برای قضاوت از عملکرد شتاب سنجها استفاده می شود که به طور مستقیم توانایی اندازه گیری و سازگاری کاربرد محصولات را منعکس می کند.فاکتور مقیاس و عدم خطی بودن دقت خروجی شتاب را تعیین می کند و به طور مستقیم بر انباشت خطای ناوبری طولانی مدت تأثیر می گذاردتعصب و ثبات تعصب مهمترین شاخص ها هستند، که نشان دهنده سطح صفر حرکت سنسور در حالت ثابت است، که دقت کار دراز مدت سیستم های ناوبری جاودان را تعیین می کند.خطای ارتگونالی، تداخل اتصال بین محورهای مختلف اندازه گیری را نشان می دهد.، که یک شیء سنجش مهم برای سنسورهای چند محوری است.
علاوه بر این، تراکم سر و پهنای باند، توانایی پاسخ دینامیکی و حداقل وضوح سنسور را تعیین می کند.تطبیق معقول پهنای باند و سطح سر و صدا می تواند سرعت پاسخ و ثبات اندازه گیری را متعادل کندویژگی های دمایی نیز بسیار مهم است. تغییرات دمایی باعث حرکت ساختاری و انحراف پارامتر می شود.که جهت بهینه سازی اصلی برای بهبود سازگاری محیط زیست شتاب سنجها استتجزیه و تحلیل انحرافی آلن می تواند به طور موثر تشخیص اشتباهات تصادفی مختلف و ارزیابی دقیق ثبات دراز مدت سنسورها را انجام دهد.
6منابع اصلی خطاها و ایده های بهینه سازی
در محیط های کاری واقعی، تمام شتاب سنجها خطاهای خاصی را تولید می کنند که عمدتا به خطاهای تعیین کننده، خطاهای تصادفی و خطاهای حرکت محیطی تقسیم می شوند.خطاهای تعیین کننده مانند تعصب صفر، انحراف فاکتور مقیاس و عدم ارتگونالی محور ناشی از نقص های پردازش و ساختاری است.این اشتباهات منظم هستند و می توانند به طور موثر از طریق کالیبراسیون حرفه ای و جبران الگوریتم حذف شوند..
اشتباهات تصادفی عمدتاً ناشی از سر و صدا مدار و میکرو لرزش های مکانیکی هستندکه بر وضوح اندازه گیری کوتاه مدت سنسور تأثیر می گذارد و باید با طراحی ساختاری کم سر و صدا و الگوریتم های فیلتر شده سرکوب شوداشتباهات حرکت محیط زیست عمدتاً به دلیل تغییرات دمایی، استرس بسته بندی و پیری ساختاری طولانی مدت ایجاد می شوند.این خطاها عوامل کلیدی هستند که ثبات طولانی مدت شتاب سنج های MEMS را محدود می کنند، و می تواند از طریق تعویض مدل سازی دمای، فرآیند انتشار استرس و فناوری اصلاح خطا در سطح سیستم بهینه شود.
7خلاصه و روند توسعه
به عنوان سنسور اصلی سیستم های ناوبری بی وقفه، شتاب سنج ها با ضبط تغییرات بی وقفه کوچک، درک دقیق حرکت حامل را تکمیل می کنند.از دستگاه های مکانیکی سنتی بزرگ تا تراشه های کوچک و یکپارچه MEMS، تکرار تکنولوژیکی شتاب سنجها باعث شده است که فناوری سنجش بی وقفه محبوب شود. انواع مختلف شتاب سنجها ویژگی های عملکردی خاص خود را دارند،ایجاد یک سیستم محصول کامل شامل برنامه های کاربردی کامل.
در حال حاضر جهت اصلی توسعه شتاب سنج های MEMS کاهش بیشتر سر و صدا و تغییر دما، بهبود ثبات طولانی مدت و سازگاری با محیط زیست است.و تعادل دقت بالابا ارتقای مداوم تکنولوژی پردازش MEMS و الگوریتم های جبران خطا،شتاب سنج های MEMS با عملکرد بالا به تدریج به سطح دقت دستگاه های حرفه ای سنتی نزدیک می شوند، و به طور گسترده تری در تجهیزات بدون سرنشین، رانندگی هوشمند، کنترل دقیق صنعتی، ناوبری با دقت بالا و سایر زمینه های پیشرفته استفاده می شود.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
