Как выбрать МЭМС-гироскоп?

МЭМС-гироскоп — это устройство, основанное на технологии МЭМС. МЭМС — это микроэлектромеханическая система, аббревиатура от «Микроэлектромеханические системы». Технология MEMS – великое изобретение 21 века. Он объединяет механические компоненты, оптические системы, компоненты привода и электронные системы управления в единое целое для проектирования, обработки, измерения и контроля микро/наноматериалов.

В этой статье будут представлены принцип работы, классификация, различия и параметры МЭМС-гироскопа.

Принцип работы

Основной теоретической основой МЭМС-гироскопа является сила Кориолиса, которая представляет собой тангенциальную силу, испытываемую вращающимся объектом во время радиального движения. Динамическую систему координат мы можем увидеть на рисунке 1. Радиальное ускорение, ускорение Кориолиса и центростремительное ускорение можно рассчитать по формулам (показано на рисунке 2).

Рис. 1. Динамическая система координат силы Кориолиса.

Рисунок 2. Формулы принципа силы Кориолиса

Сила Кориолиса возникает, когда объект движется по диску радиально. Это отражает принцип конструкции МЭМС-гироскопа. Объект приводится в движение и постоянно перемещается вперед и назад в радиальном направлении или колеблется. Соответствующая сила Кориолиса также продолжает меняться взад и вперед в поперечном направлении, что может привести к тому, что объект будет совершать небольшие колебания в поперечном направлении. Разница между фазой и движущей силой составляет 90 градусов, а на рисунке 3 показано направление движения.

Рисунок 3. Управление и считывание MEMS-гироскопа

МЭМС-гироскопы обычно имеют подвижные емкостные пластины в двух направлениях. Радиальная емкостная пластина добавляет колебательное напряжение, заставляя объект двигаться в радиальном направлении. Поперечная емкостная пластина используется для измерения изменений емкости, вызванных движением силы Кориолиса. Этот принцип аналогичен тому, как акселерометры измеряют ускорение. Поскольку сила Кориолиса пропорциональна угловой скорости, угловую скорость можно рассчитать по изменению емкости.

Классификация производительности

Мало того, что существует много типов гироскопов, гироскопы MEMS также можно разделить на три типа в зависимости от различных характеристик.

1. МЭМС-гироскоп навигационного класса.

Навигационный класс является одним из наиболее точных классов коммерческих гироскопов. Уровень навигации также является самым дорогим из-за его высокой точности и очень точных выходных данных. МЭМС-гироскопы навигационного класса в основном используются в аэрокосмической отрасли, дронах, нефтедобыче, горнодобывающей промышленности, геодезии, картографии и других областях.

МЭМС-гироскопы Ericco включают две линейки продуктов: навигационного и тактического. Для гироскопов навигационного класса мы разрабатываем гироскопы специально для наземной и воздушной навигации. Например, МГ2-50/100 может быть специально использован для наземной навигации, а нестабильность смещения может достигать 0,01-0,02°/час. Для аэронавигации можно выбрать МГ2-300/400, нестабильность смещения может достигать 0,03-0,05° град/час.

1. МЭМС-гироскоп тактического класса.

МЭМС-гироскопы тактического уровня также используются в широком спектре применений и пользуются большим спросом. Это очень экономичный уровень. Он применяется к дронам, AHRS, роботам и т. д. Производительность MEMS-гироскопов тактического класса очень хорошая, а стоимость ниже, чем у навигационного класса, что делает его подходящим выбором, если вы хотите контролировать затраты.

MG2-067 — это MEMS-гироскоп тактического класса, нестабильность смещения которого составляет <0,3°/час.

1. МЭМС-гироскоп потребительского класса.

Потребительский уровень — самый низкий уровень среди MEMS-гироскопов. Сценарии его применения в основном — автомобили, смартфоны и т. д. Его также можно использовать в IMU потребительского уровня. Поскольку к этим полям нет завышенных требований к точности,

Поэтому гироскопы потребительского класса обычно имеют меньшую точность и меньшую стоимость.

Разница между тремя уровнями гироскопов

Самая большая разница между ними заключается в разных параметрах.

Параметры Навигационный класс Тактический класс Потребительский класс
Нестабильность смещения (°/ч) 0,01–0,09 0,1–15 >15
Угловое случайное блуждание (°/√h) 0,01–0,05 0,05–0,5 >0,5
Основное объяснение этих двух параметров следующее:

Нестабильность смещения: является мерой того, как смещается смещение во время работы при постоянной температуре с течением времени.

Угловое случайное блуждание: представляет собой угловую ошибку, накопленную с течением времени из-за белого шума угловой скорости.

Другие параметры

При выборе МЭМС-гироскопа вам необходимо не только обратить внимание на два вышеуказанных параметра, но и обратиться к нескольким другим параметрам.

1. Диапазон измерения: максимальное значение входной угловой скорости в прямом и обратном направлениях гироскопа представляет собой диапазон измерения гироскопа. Чем больше значение, тем чувствительнее гироскоп.

2. Температура: МЭМС-гироскопы Ericco работают при температуре от –45°C до +85°C. В некоторых областях, таких как каротаж нефтяных скважин, предъявляются более высокие требования к температуре гироскопов, поэтому нам необходимо оценить, может ли температура гироскопа соответствовать требованиям, исходя из реальных сценариев применения.

3. Размер: ЭриккоВсе MEMS-гироскопы имеют размеры 11x11x2 мм, а некоторые гироскопы потребительского класса могут быть меньше. Например, для каротажных трубок специальной формы или небольших IMU необходимо учитывать размер гироскопа.

Я надеюсь, что из этой статьи вы сможете узнать что-нибудь о том, как выбрать МЭМС-гироскоп. Если вас интересуют другие знания о MEMS-гироскопах, вы можете прочитать соответствующие статьи ниже. Если вы хотите узнать о гироскопических продуктах MEMS, вы можете нажать на соответствующие продукты ниже.

Свяжитесь со мной:
Электронная почта: [email protected]
WhatsApp: 173 9198 8506