تطبيق وحدة تحويل التردد الحالية في نظام الاستشعار بالقصور الذاتي

دقيقة واحدة لقراءة النقاط الرئيسية للمقال

تطبيق وحدة تحويل التردد الحالية في نظام الاستشعار بالقصور الذاتي

تلعب وحدة تكامل الشحنة دورًا محوريًا في أنظمة قياس أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي (وخاصةً أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي السعوية بتقنية MEMS)، لا سيما في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية، وضوضاء منخفضة، ونطاقًا ديناميكيًا واسعًا. تكمن قيمتها الأساسية في تحويل إشارة الشحنة الضعيفة الخارجة من المستشعر إلى إشارة تردد رقمية بشكل مباشر ودقيق. فيما يلي عرض للتطبيقات النموذجية ومزايا وحدة تكامل الشحنة في أنظمة أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي:

سعوي مقياس تسارع MEMSقراءة إشارة الجيروسكوب

تُستخدم وحدة التكامل الشحني I/F للكشف عن التغيرات الطفيفة في السعة الكهربائية لإشارات خرج مستشعرات القصور الذاتي MEMS (مقياس التسارع، الجيروسكوب). تقيس هذه الوحدة الشحنة مباشرةً، وتتميز بحساسية فائقة للتغيرات في الشحنة عند مستوى الفيمتو كولوم (fC)، ما يُمكّنها من رصد قوى القصور الذاتي الصغيرة للغاية. تُعدّ عملية التكامل نفسها بمثابة مرشح تمرير منخفض، ما يُسهم في كبح الضوضاء عالية التردد بفعالية. وباستخدام إشارات التردد كمخرج، فهي غير حساسة لضوضاء السعة والتداخل على مسار الإرسال، ما يجعلها مناسبة للإرسال لمسافات طويلة أو للاستخدام في البيئات الصاخبة.

مستشعر قصور ذاتي عالي الدقة/متوازن القوة (مؤازر/تغذية راجعة للقوة)

في أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي عالية الدقة، مثل أجهزة MEMS المستخدمة في الملاحة أو مقاييس التسارع ذات الحزمة الكوارتزية، يُعتمد عادةً نمط عمل ذو حلقة مغلقة لتوازن القوى. يتم تحويل الإزاحة الصغيرة المُكتشفة (التي يتم استشعارها من خلال تغيرات السعة/الشحنة) إلى قوة تغذية راجعة، تُطبق بدورها على كتلة الجسم للحفاظ على إزاحتها قريبة من الصفر. في هذه العملية التصميمية، تؤدي وحدة I/F دورًا مزدوجًا كمصدر إشارة للكشف الأمامي ومحول رقمي تناظري للتغذية الراجعة. وقد حقق ذلك دقة فائقة، واستقرارًا عاليًا، وتحكمًا دقيقًا في القوة. في الوقت نفسه، يُبسط هذا التصميم بنية التحكم ذات الحلقة المغلقة، مما يُتيح تنفيذ نظام الحلقة المغلقة بالكامل بكفاءة في مجال الشحنة/التردد/الرقمي.

سيناريوهات التطبيق النموذجية

l  الملاحة وتحديد المواقع بدقة عالية: أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي ووحدات القياس بالقصور الذاتي عالية الدقة للطيران والفضاء (الأقمار الصناعية والصواريخ) والسفن والمركبات البرية. وتُعدّ متطلبات استقرار الانحياز الصفري، والضوضاء، وخطية عامل المقياس بالغة الأهمية.

l  يتطلب رصد الزلازل والاستكشاف الجيوفيزيائي قياس الاهتزازات الأرضية الضعيفة للغاية (التي تصل إلى تسارع μg)، مع متطلبات صارمة للضوضاء منخفضة التردد والنطاق الديناميكي.

l  الأتمتة الصناعية والروبوتات: التحكم الدقيق في الحركة، استقرار المنصة، مراقبة الاهتزازات.

l  مراقبة السلامة الهيكلية: الكشف عن التشوهات والاهتزازات الصغيرة في المباني الكبيرة والجسور والسدود.

l  إلكترونيات السيارات: أنظمة مساعدة القيادة المتقدمة، ووحدات قياس القصور الذاتي الكهروميكانيكية الدقيقة عالية الأداء المطلوبة للقيادة الذاتية.

منتجات وحدة تحويل الواجهة

بصفتها شركة متخصصة في تصميم وتصنيع أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي، قامت شركة مايكرو-ماجيك بتصميم وتصنيع سلسلة من منتجات أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي عالية الدقة، مثل مقاييس التسارع المرنة المصنوعة من الكوارتز، ومقاييس الدوران الليفية البصرية، ووحدات القياس بالقصور الذاتي (IMUs)، وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS)، وأجهزة تحديد اتجاه الشمال، ومقاييس الميل. وفي الوقت نفسه، تم تطوير منتجات وحدات التكامل الشحني من سلسلة AVI (V/F) بالتعاون معها.

AVI-F  AVI-E  AVI-B مؤشر الأداء

خاتمة

تُعدّ وحدة التكامل الشحني (I/F) إحدى التقنيات الأساسية لتحقيق قراءة إشارات عالية الأداء والدقة من أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي السعوية، وخاصةً مقاييس التسارع والجيروسكوبات بتقنية MEMS. وهي عنصر أساسي في تطبيقات القياس بالقصور الذاتي المتقدمة التي تتطلب مستوى ضوضاء منخفضًا للغاية، وخطية فائقة، ونطاقًا ديناميكيًا واسعًا، وتحكمًا رقميًا مغلق الحلقة، مما يوفر حلًا بالغ الأهمية لسلسلة الإشارات لأجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي المتطورة في مجالات الملاحة والتكتيكات، وحتى في بعض التطبيقات الصناعية. ومع تطور تقنية MEMS وتقنية دوائر القراءة، تستمر أنظمة القراءة القائمة على مبدأ التكامل الشحني في لعب دور محوري في مجال أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي عالية الأداء.

• المقالة السابقة

  تحليل نسبة كبح الطاقة في منظم الجهد الخطي المنخفض

• الصفحة التالية

  تحليل تنظيم حمل زيت الوقود الخفيف