المنتج: جيروسكوب MEMS من فئة الملاحة
الميزات الرئيسية:
الجيروسكوب الكهروميكانيكي الدقيق (MEMS) هو نوع من أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي لقياس السرعة الزاوية أو الإزاحة الزاوية. وله آفاق تطبيق واسعة في مجالات متنوعة، منها تسجيل بيانات النفط، وتوجيه الأسلحة، والفضاء، والتعدين، والمسح ورسم الخرائط، والروبوتات الصناعية، والإلكترونيات الاستهلاكية. ونظرًا لاختلاف متطلبات الدقة في مختلف المجالات، تُصنّف الجيروسكوبات الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) في السوق إلى ثلاثة مستويات: مستوى الملاحة، والمستوى التكتيكي، والمستوى الاستهلاكي.
ستتناول هذه الورقة البحثية بالتفصيل الجيروسكوب الملاحيّ المصنوع بتقنية MEMS، وستقارن بين خصائصه. وسيتم شرح المؤشرات الفنية للجيروسكوب MEMS، وتحليل انحرافه، ومقارنة ثلاثة أنواع من الجيروسكوبات MEMS المستخدمة في الملاحة.
يتميز الجيروسكوب المثالي بتقنية MEMS بأن يكون خرج محوره الحساس متناسبًا مع معلمات الزاوية المدخلة (الزاوية، معدل الدوران الزاوي) للمحور المقابل للحامل في جميع الظروف، ولا يتأثر بمعلمات الزاوية لمحوره المتقاطع، ولا بأي معلمات محورية غير زاوية (مثل تسارع الاهتزاز والتسارع الخطي). يوضح الجدول 1 المؤشرات الفنية الرئيسية لجيروسكوب MEMS.
| المؤشر الفني | وحدة | معنى |
| نطاق القياس | (°)/s | حساس بشكل فعال لنطاق السرعة الزاوية المدخلة |
| تحيز صفري | (°)/ساعة | يُشير خرج الجيروسكوب إلى معدل الإدخال عندما يكون معدل الإدخال فيه صفرًا. ولأن الخرج يختلف، يُستخدم عادةً معدل الإدخال المكافئ لتمثيل نفس نوع المنتج، وكلما كان الانحياز الصفري أصغر، كان ذلك أفضل؛ أما بالنسبة لنماذج المنتجات المختلفة، فليس بالضرورة أن يكون الانحياز الصفري أصغر، بل يكون ذلك أفضل. |
| قابلية تكرار الانحياز | (°)/h(1σ) | في ظل نفس الظروف وعلى فترات زمنية محددة (متتالية، يومية، كل يومين...)، يتم قياس درجة التوافق بين القيم الجزئية للقياسات المتكررة، معبرًا عنها بالانحراف المعياري لكل إزاحة مقاسة. كلما كانت القيمة أصغر، كان ذلك أفضل لجميع الجيروسكوبات (تقييم مدى سهولة التعويض عن الصفر). |
| انعدام الانحراف | (°)/s | معدل التغير الزمني لانحراف خرج الجيروسكوب عن الخرج المثالي. يتضمن هذا المعدل مكونات عشوائية ومنهجية، ويُعبر عنه بدلالة الإزاحة الزاوية المدخلة المقابلة بالنسبة للفضاء العطالي في وحدة الزمن. |
| عامل المقياس | فولت/(°)/ثانية، مللي أمبير/(°)/ثانية | نسبة التغير في الناتج إلى التغير في المدخل المراد قياسه. |
| عرض النطاق الترددي | Hz | في اختبار خصائص التردد للجيروسكوب، ينص على أن نطاق التردد المقابل لسعة السعة المقاسة يتم تقليله بمقدار 3 ديسيبل، ويمكن تحسين دقة الجيروسكوب عن طريق التضحية بعرض نطاق الجيروسكوب. |
الجدول 1: المؤشرات التقنية الرئيسية لجيروسكوب MEMS
في حال وجود عزم تداخل في الجيروسكوب، سينحرف عمود الدوار عن سمت المرجع الثابت الأصلي، مما يُسبب خطأً. تُسمى زاوية انحراف محور الدوار بالنسبة إلى سمت الفضاء الذاتي (أو سمت المرجع) في وحدة الزمن بمعدل انحراف الجيروسكوب. ويُعد معدل الانحراف المؤشر الرئيسي لقياس دقة الجيروسكوب.
ينقسم الانحراف الجيروسكوبي إلى فئتين: الأولى منتظمة، ذات قانون معروف، وتسبب انحرافًا دوريًا، لذا يمكن تعويضها بواسطة الحاسوب؛ أما الثانية فتنتج عن عوامل عشوائية، وتسبب انحرافًا عشوائيًا. يُعبّر عن معدل الانحراف المنتظم بالإزاحة الزاوية لكل وحدة زمنية، بينما يُعبّر عن معدل الانحراف العشوائي بالقيمة الجذرية التربيعية المتوسطة للإزاحة الزاوية لكل وحدة زمنية أو بالانحراف المعياري. يوضح الجدول 2 النطاق التقريبي لمعدلات الانحراف العشوائي لأنواع مختلفة من الجيروسكوبات المتاحة حاليًا.
| نوع الجيروسكوب | معدل الانجراف العشوائي / (°)·ساعة-1 |
| جيروسكوب بمحمل كروي | 10-1 |
| جيروسكوب ذو محمل دوار | 1-0.1 |
| جيروسكوب عائم سائل | 0.01-0.001 |
| جيروسكوب عائم هوائي | 0.01-0.001 |
| جيروسكوب مضبوط ديناميكيًا | 0.01-0.001 |
| جيروسكوب إلكتروستاتيكي | 0.01-0.0001 |
| جيروسكوب رنيني نصف كروي | 0.1-0.01 |
| جيروسكوب ليزري حلقي | 0.01-0.001 |
| جيروسكوب الألياف البصرية | 1-0.1 |
الجدول 2: معدلات الانحراف العشوائي لأنواع مختلفة من الجيروسكوبات
يوضح الجدول 3 النطاق التقريبي لمعدل الانحراف العشوائي للجيروسكوب المطلوب في مختلف التطبيقات. المؤشر النموذجي لدقة تحديد المواقع لنظام الملاحة بالقصور الذاتي هو 1 ميل/ساعة (1 ميل = 1852 مترًا)، مما يتطلب أن يصل معدل الانحراف العشوائي للجيروسكوب إلى 0.01 درجة/ساعة، لذلك يُطلق عادةً على الجيروسكوب ذي معدل الانحراف العشوائي 0.01 درجة/ساعة اسم جيروسكوب الملاحة بالقصور الذاتي.
| طلب | متطلبات معدل الانحراف العشوائي للجيروسكوب / (°)·h-1 |
| جيروسكوب معدل الدوران في نظام التحكم في الطيران | 150-10 |
| الجيروسكوب العمودي في نظام التحكم في الطيران | 30-10 |
| الجيروسكوب الاتجاهي في نظام التحكم في الطيران | 10-1 |
| نظام التوجيه بالقصور الذاتي للصواريخ التكتيكية | 1-0.1 |
| بوصلة جيروسكوبية بحرية، نظام تحديد الاتجاه والوضع، نظام تحديد الموقع الجانبي للمدفعية، نظام الملاحة بالقصور الذاتي للمركبات الأرضية | 0.1-0.01 |
| أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي للطائرات والسفن | 0.01-0.001 |
| نظام التوجيه بالقصور الذاتي للصواريخ الاستراتيجية وصواريخ كروز | 0.01-0.0005 |
الجدول 3: متطلبات معدل الانحراف العشوائي للجيروسكوب في تطبيقات مختلفة
سلسلة MG من شركة Micro-Magic Inc عبارة عن جيروسكوب MEMS عالي الدقة مصمم خصيصًا للملاحة، ويلبي احتياجات مختلف المجالات. يقارن الجدول التالي بين المدى، وعدم استقرار الانحياز، والحركة العشوائية الزاوية، واستقرار الانحياز، ومعامل المقياس، وعرض النطاق الترددي، والضوضاء.
| MG-101 | MG-401 | MG-501 | |
| المدى الديناميكي (درجة/ثانية) | ±100 | ±400 | ±500 |
| عدم استقرار الانحياز (درجة/ساعة) | 0.1 | 0.5 | 2 |
| المشي العشوائي الزاوي (°/√h) | 0.005 | 0.025~0.05 | 0.125-0.1 |
| استقرار الانحياز (1σ 10 ثانية) (درجة/ساعة) | 0.1 | 0.5 | 2~5 |
الجدول 4: جدول مقارنة معلمات ثلاثة جيروسكوبات MEMS من فئة الملاحة
آمل أن تتمكن من خلال هذه المقالة من فهم المؤشرات التقنية لجيروسكوب MEMS المستخدم في الملاحة، والعلاقة المقارنة بينها. إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن جيروسكوب MEMS، فيُرجى التواصل معنا.
Xml سياسة الخصوصية المدونة خريطة الموقع
حقوق النشر
@ شركة مايكرو ماجيك كل الحقوق محفوظة.
دعم الشبكة
بالعربية
