- Высокоточный MEMS-гироскоп MG-502: прецизионная навигация в суровых условиях бурения
- Высокоточный MEMS ИМУ U6488: основа стабильного управления для дронов и интеллектуальных платформ
- Почему MEMS-гироскоп MG-502 является «скрытым глазом» системы управления ориентацией дрона
- Применение волоконно-оптического гироскопа: повышение точности навигации и ориентации
- Новая эра высокоточного позиционирования: глубокая интеграция RTK и двухантенной системы GNSS/INS I3700
- Понимание волоконно-оптического гироскопа: как он работает
- Влияние среды низкого давления на кварцевые гибкие акселерометры: ключевой фактор для аэрокосмических применений
- Технический анализ инклинометра: точное измерение, стабильность и надежность
Сравнение технических характеристик MEMS-гироскопа навигационного класса
10 января 2025Ключевые моменты
Продукт: MEMS-гироскоп навигационного класса.
Основные особенности:
- Компоненты: MEMS-гироскоп для высокоточного измерения угловой скорости.
- Функция: предоставляет высокоточные навигационные данные с малым дрейфом, подходит для долговременной и стабильной навигации.
- Применения: идеально подходит для аэрокосмической отрасли, тактического наведения ракет, морской навигации и промышленной робототехники.
- Характеристики: отличается низкой нестабильностью смещения и случайным дрейфом, обеспечивая надежную работу во времени.
- Сравнение: разные модели (MG-101, MG-401, MG-501) покрывают различные требования к точности, при этом MG-101 обеспечивает наивысшую точность.
MEMS-гироскоп представляет собой инерциальный датчик для измерения угловой скорости или углового перемещения. Он имеет широкие перспективы применения в нефтяном каротаже, наведении вооружения, аэрокосмической отрасли, горнодобыче, геодезии и картографии, промышленной робототехнике и потребительской электронике. Из-за различий в требованиях к точности в разных областях MEMS-гироскопы на рынке делятся на три уровня: навигационный, тактический и потребительский.
В этой статье подробно представлены MEMS-гироскопы навигационного класса и выполнено сравнение их параметров. Ниже изложение ведется с точки зрения технических показателей MEMS-гироскопа, анализа дрейфа гироскопа и сравнения трех MEMS-гироскопов навигационного класса.
Технические характеристики MEMS-гироскопа
Идеальный MEMS-гироскоп должен обеспечивать пропорциональность выхода по чувствительной оси входным угловым параметрам (углу, угловой скорости) соответствующей оси носителя при любых условиях, не быть чувствительным к угловым параметрам поперечной оси и не реагировать на любые осевые неугловые параметры (такие как вибрационное ускорение и линейное ускорение). Основные технические показатели MEMS-гироскопа приведены в таблице 1.
| Технический показатель | Единица | Значение |
|---|---|---|
| Диапазон измерения | (°)/s | Эффективно воспринимаемый диапазон входной угловой скорости. |
| Нулевое смещение | (°)/h | Выход гироскопа при нулевой входной угловой скорости. Поскольку выходные значения различаются, обычно используют эквивалентную входную скорость для представления однотипной продукции. Чем меньше нулевое смещение, тем лучше; однако для разных моделей не всегда верно, что чем меньше, тем лучше. |
| Повторяемость смещения | (°)/h(1σ) | При одинаковых условиях и заданных интервалах времени (последовательно, ежедневно, через день и т. д.) степень совпадения результатов повторных измерений. Выражается стандартным отклонением каждого измеренного смещения. Для всех гироскопов чем меньше, тем лучше, поскольку это отражает удобство компенсации нуля. |
| Нулевой дрейф | (°)/s | Скорость изменения во времени отклонения выхода гироскопа от идеального выхода. Содержит как случайные, так и систематические компоненты и выражается соответствующим входным угловым перемещением относительно инерциального пространства в единицу времени. |
| Коэффициент масштаба | V/(°)/s、mA/(°)/s | Отношение изменения выхода к изменению измеряемого входа. |
| Полоса пропускания | Hz | При испытании частотной характеристики гироскопа это диапазон частот, в котором амплитуда измеряемого сигнала уменьшается на 3 dB. Точность гироскопа можно повысить ценой уменьшения его полосы пропускания. |
Таблица 1. Основные технические показатели MEMS-гироскопа
Анализ дрейфа гироскопа
Если на гироскоп действует возмущающий момент, ось ротора отклоняется от исходного устойчивого опорного азимута и формирует ошибку. Угол отклонения оси ротора относительно азимута инерциального пространства (или опорного азимута) в единицу времени называется скоростью дрейфа гироскопа. Основным показателем для оценки точности гироскопа является скорость дрейфа.
Дрейф гироскопа делится на две категории: одна - систематическая, закономерность известна, она вызывает регулярный дрейф и потому может быть компенсирована компьютером; другая вызвана случайными факторами и приводит к случайному дрейфу. Систематическая скорость дрейфа выражается угловым перемещением в единицу времени, а случайная скорость дрейфа - среднеквадратическим значением углового перемещения в единицу времени или стандартным отклонением. Приближенный диапазон случайной скорости дрейфа различных типов гироскопов, достижимый на сегодняшний день, приведен в таблице 2.
| Тип гироскопа | Случайная скорость дрейфа/(°)·h-1 |
|---|---|
| Гироскоп на шарикоподшипниках | 10-1 |
| Гироскоп на вращающихся подшипниках | 1-0.1 |
| Жидкостно-поплавковый гироскоп | 0.01-0.001 |
| Воздушно-поплавковый гироскоп | 0.01-0.001 |
| Динамически настраиваемый гироскоп | 0.01-0.001 |
| Электростатический гироскоп | 0.01-0.0001 |
| Полусферический резонаторный гироскоп | 0.1-0.01 |
| Кольцевой лазерный гироскоп | 0.01-0.001 |
| Волоконно-оптический гироскоп | 1-0.1 |
Таблица 2. Случайные скорости дрейфа различных типов гироскопов
Приближенный диапазон случайной скорости дрейфа гироскопа, требуемый для различных применений, приведен в таблице 3. Типичный показатель точности позиционирования инерциальной навигационной системы составляет `1 n mile/h` (`1 n mile = 1852 m`), что требует, чтобы случайная скорость дрейфа гироскопа достигала `0.01(°)/h`, поэтому гироскоп со случайной скоростью дрейфа `0.01(°)/h` обычно называют инерциальным навигационным гироскопом.
| Применение | Требования к случайной скорости дрейфа гироскопа/(°)·h-1 |
|---|---|
| Скоростной гироскоп в системе управления полетом | 150-10 |
| Вертикальный гироскоп в системе управления полетом | 30-10 |
| Курсовой гироскоп в системе управления полетом | 10-1 |
| Инерциальная система наведения тактических ракет | 1-0.1 |
| Морской гирокомпас, курсо-вертикальная strapdown-система, боковое наведение артиллерии, инерциальная навигационная система наземных машин | 0.1-0.01 |
| Инерциальные навигационные системы для самолетов и судов | 0.01-0.001 |
| Инерциальная система наведения стратегических и крылатых ракет | 0.01-0.0005 |
Таблица 3. Требования к случайной скорости дрейфа гироскопа в различных применениях
Сравнение трех MEMS-гироскопов навигационного класса
Серия MG компании Micro-Magic Inc представляет собой MEMS-гироскопы навигационного класса с высоким уровнем точности, которые удовлетворяют потребности различных областей. В следующей таблице сравниваются диапазон измерения, нестабильность смещения, угловое случайное блуждание, стабильность смещения, коэффициент масштаба, полоса пропускания и шум.
| MG-101 | MG-401 | MG-501 | |
|---|---|---|---|
| Динамический диапазон (deg/s) | ±100 | ±400 | ±500 |
| Нестабильность смещения (deg/hr) | 0.1 | 0.5 | 2 |
| Угловое случайное блуждание (°/√h) | 0.005 | 0.025~0.05 | 0.125-0.1 |
| Стабильность смещения (1σ 10s)(deg/hr) | 0.1 | 0.5 | 2~5 |
Таблица 4. Таблица сравнения параметров трех MEMS-гироскопов навигационного класса
Надеюсь, что благодаря этой статье вы сможете понять технические показатели MEMS-гироскопов навигационного класса и соотношение между ними. Если вас интересуют дополнительные знания о MEMS-гироскопах, пожалуйста, обсудите это с нами.
