وحدة قياس القصور الذاتي الضبابية

اكتشف التصميم المبتكر لوحدة قياس القصور الذاتي (IMU) المصغرة بتقنية الجيروسكوب الليفي البصري (FOG)، والتي توفر دقة عالية، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، وميزات احتياطية لتطبيقات الفضاء والملاحة والصناعة. تعرف على مزاياها التقنية وأدائها.1. نظرة عامةمع تزايد الطلب على أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي في مجالات الطيران والفضاء، والملاحة المتطورة، والتطبيقات الصناعية، أصبحت عوامل التصغير، وانخفاض استهلاك الطاقة، والموثوقية العالية مؤشرات أساسية. تقدم هذه المقالة حلاً تصميمياً مبتكراً لوحدة قياس القصور الذاتي (IMU) مصغرة تعتمد على جيروسكوب الألياف الضوئية (FOG)، مستندةً إلى خبرة أربعين عاماً في تكنولوجيا FOG، وتؤكد أداءها المتميز من خلال التحقق الهندسي.2. الخلفية التقنيةيقيس الجيروسكوب الليفي البصري (FOG) السرعة الزاوية باستخدام تأثير ساغناك. منذ ظهوره عام 1976، حلّ الجيروسكوب الليفي البصري تدريجياً محل الجيروسكوبات الميكانيكية والليزرية التقليدية بفضل بنيته الصلبة، وموثوقيته العالية، وسرعة تشغيله.3. تصميم بنية النظاميتكون نظام وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) هذا من عنصرين أساسيين: وحدة IMU ودائرة IMU. تتضمن الوحدة أربعة مقاييس اهتزازية مرنة (FOGs) وأربعة مقاييس تسارع مرنة من الكوارتز، باستخدام بنية 4S. يمكن لأي توليفة من ثلاثة محاور تحقيق قياس ثلاثي الأبعاد للسرعة الزاوية والتسارع، مع وجود درجة حرية واحدة احتياطية لتحسين تحمل الأعطال.يتضمن نظام الدائرة الكهربائية دائرة واجهة رئيسية/احتياطية ووحدة إدارة الطاقة. توفر الواجهة الرئيسية/الاحتياطية طاقة احتياطية (باردة/ساخنة) وهي مسؤولة عن استقبال إشارات المستشعرات والتواصل مع نظام الملاحة، بالإضافة إلى توفير طاقة ثانوية. تتحكم وحدة إدارة الطاقة بشكل مستقل في تشغيل/إيقاف كل مستشعر قناة، مما يعزز تكامل النظام وقدرات تنظيم الطاقة.4. تحسين الجهاز والدائرة الأساسيةيُقلل تصميم إدارة الطاقة المُصغّر، الذي يستخدم دائرة واجهة LSMEU01 المُعتمدة على تغليف SIP ومرحلات التثبيت المغناطيسية، حجم دائرة IMU بأكملها بنسبة 50% تقريبًا، ويُخفّض وزنها إلى 0.778 كجم. ويعتمد مقياس التسارع استراتيجية تعويض حراري تعتمد على معايير مُجمّعة، مما يُحسّن استهلاك الطاقة للقناة الواحدة إلى 0.9 واط، ويُقلل بشكل فعّال الحمل الحراري الإجمالي.مؤشرات الأداءالوزن الإجمالي: 850 غرامالهيكل: تكوين احتياطي مع 4 أجهزة استشعار للحركة (FOGs) + 4 مقاييس تسارعبيئات التطبيق: الفضاء الجوي، ومسح الحفر، ومنصات الاتصالات الديناميكية، وغيرها من السيناريوهات ذات المتطلبات الصارمة فيما يتعلق بالحجم والطاقة والأداء.5. الآفاق المستقبليةاجتاز هذا التصميم اختبارات التكامل بنجاح في العديد من الأنظمة النموذجية، وأظهر أداءً مستقرًا وموثوقًا. وباعتباره أحد أصغر وحدات قياس القصور الذاتي (IMU) بتقنية FOG في السوق، يُعدّ U-F3X90 مناسبًا لتطبيقات مثل أنظمة مرجعية الاتجاه والوضع (AHRS)، وأنظمة التحكم في الطيران، ومنصات الملاحة المدمجة بالقصور الذاتي/الأقمار الصناعية، والمعدات الصناعية عالية الديناميكية. كما يوفر حلاً عالي الدقة ومنخفض الطاقة لمختلف التطبيقات المتطورة.  U-F3X90وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصري --

تعرّف على كيفية تقليل الحساسية المغناطيسية في وحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بتقنية FOG باستخدام تقنيات متقدمة مثل إزالة الاستقطاب، والحماية المغناطيسية، وتعويض الأخطاء. اكتشف حلولاً عالية الدقة لأنظمة الطيران والملاحة.في وحدات القياس بالقصور الذاتي عالية الدقة (IMUs)، يُعد الجيروسكوب الليفي البصري (FOG) أحد المكونات الأساسية، ويُعد أداؤه بالغ الأهمية لتحديد موقع واتجاه النظام بأكمله. ومع ذلك، نظرًا لـ تأثير فاراداي في ملف الألياف البصرية، يكون جهاز قياس التذبذب البصري (FOG) حساسًا للغاية لشذوذ المجال المغناطيسي، مما يؤدي مباشرة إلى تدهور أداء الانحياز الصفري والانحراف، وبالتالي التأثير على الدقة الإجمالية لوحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU).إذن، كيف تتولد الحساسية المغناطيسية لوحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بتقنية FOG؟ وكيف يمكن كبح هذا التأثير بفعالية؟ ستتناول هذه المقالة بالتحليل المعمق المسارات التقنية لتقليل الحساسية المغناطيسية لوحدة FOG، بدءًا من الجانب النظري وصولًا إلى التطبيق العملي الهندسي.1. حساسية الضباب للمجال المغناطيسي: بدءًا من الآلية الفيزيائيةيكمن سبب حساسية مقياس التذبذب البصري (FOG) للمجالات المغناطيسية في تأثير فاراداي، أي أنه عند مرور ضوء مستقطب خطيًا عبر مادة معينة، وتحت تأثير مجال مغناطيسي، يدور مستوى استقطابه. في بنية تداخل حلقة ساغناك لمقياس التذبذب البصري، يتسبب هذا الدوران في فرق طور بين شعاعين ينتشران في اتجاهين متعاكسين، مما يؤدي إلى أخطاء في القياس. بعبارة أخرى، لا يكون تداخل المجالات المغناطيسية ثابتًا، بل يؤثر ديناميكيًا على خرج مقياس التذبذب البصري بطريقة متغيرة.نظرياً، لا يُفترض أن يُحدث مجال مغناطيسي محوري عمودي على محور ملف الألياف الضوئية تأثير فاراداي. مع ذلك، عملياً، وبسبب الميل الطفيف أثناء لف الألياف الضوئية، يحدث "التأثير المغناطيسي المحوري". هذا هو السبب الرئيسي الذي يجعل تأثير المجالات المغناطيسية بالغ الأهمية في تطبيقات FOG عالية الدقة.2. نهجان تقنيان رئيسيان لـ تقليل حساسية الضباب المغناطيسية(1) تحسينات على مستوى الجهاز البصريأ. تقنية إزالة الاستقطاب: باستبدال الألياف الحافظة للاستقطاب بألياف أحادية النمط، يمكن تقليل استجابة المجال المغناطيسي. ولأن الألياف أحادية النمط تستجيب بشكل أضعف لتأثير فاراداي، تنخفض الحساسية عند المصدر.ب. عملية لف متقدمةيُمكن التحكم في شدّ اللفائف وتقليل الإجهاد المتبقي داخل الألياف لتقليل أخطاء الحث المغناطيسي بشكل فعّال. وبالاقتران مع نظام تحكم آلي في الشدّ، يُعدّ ذلك مفتاحًا لتحسين اتساق الملفات الحافظة للاستقطاب.ج. ألياف بصرية جديدة ذات حساسية مغناطيسية منخفضةفي الوقت الحالي، طرحت بعض الشركات المصنعة مواد ألياف بصرية ذات معاملات استجابة مغناطيسية منخفضة. وعند استخدامها مع هياكل حلقية، يمكنها تحسين قدرة مقاومة التداخل المغناطيسي على مستوى المادة.(2) تدابير مضادة للمغناطيسية على مستوى النظامأ. نمذجة الأخطاء المغناطيسية وتعويضهامن خلال تركيب أجهزة استشعار مغناطيسية (مثل بوابات التدفق) لمراقبة المجال المغناطيسي في الوقت الحقيقي وإدخال نماذج التعويض في نظام التحكم، يمكن تصحيح خرج FOG بشكل ديناميكي.ب. هيكل الحماية المغناطيسية متعدد الطبقاتيُمكن استخدام مواد مثل سبائك μ لبناء تجاويف حماية مزدوجة أو متعددة الطبقات، مما يُضعف بشكل فعال تأثير المجالات المغناطيسية الخارجية على أجهزة قياس سرعة الضوء (FOG). وقد أكدت نمذجة العناصر المحدودة إمكانية زيادة كفاءة الحماية عشرات المرات، ولكنها تزيد أيضًا من وزن النظام وتكلفته.3. التحقق التجريبي: ما مدى أهمية تأثير المجالات المغناطيسية؟في سلسلة من التجارب التي أجريت باستخدام طاولة دوارة ثلاثية المحاور، جمع الباحثون بيانات الانحراف لجهاز قياس الاهتزازات الليفية (FOG) في حالتي الفتح والإغلاق. وأظهرت النتائج أنه عند تعزيز تداخل المجال المغناطيسي، يمكن أن يزداد مقدار انحراف جهاز قياس الاهتزازات الليفية من 5 إلى 10 أضعاف، وتظهر إشارات تداخل طيفي واضحة (مثل 12.48 هرتز، 24.96 هرتز، إلخ).وهذا يشير كذلك إلى أنه في حالة عدم اتخاذ تدابير فعالة، فإن دقة قياسات قوة التماسك ستتأثر بشكل كبير في الطيران الفعلي والفضاء والبيئات الكهرومغناطيسية العالية الأخرى.4. توصيات عملية: كيف يمكن تعزيز القدرة المضادة للمغناطيسية لوحدة قياس القصور الذاتي FOG؟في التطبيقات العملية، نوصي باستراتيجيات الجمع التالية:(1) اختر بنية FOG التي تزيل الاستقطاب(2) استخدم أليافًا بصرية ذات استجابة مغناطيسية منخفضة(3) إدخال معدات لف الألياف الضوئية مع التحكم التلقائي في الشد(4) تركيب بوابات التدفق ثلاثية الأبعاد وبناء نماذج الخطأ(5) تحسين تصميم أغلفة الحماية المصنوعة من سبيكة μعلى سبيل المثال، حافظت الجيروسكوبات البصرية المدمجة داخل سلسلة U-F3X80 و U-F3X100 التي أطلقتها شركة Micro-Magic على خرج مستقر حتى في وجود التداخل المغناطيسي من خلال العديد من التحسينات التقنية، مما يجعلها الحل المفضل بين الحلول الحالية وحدات قياس القصور الذاتي من فئة الطيران.5. الخلاصة: تحدد الدقة مستوى التطبيق، ويجب أخذ الحساسية المغناطيسية على محمل الجدفي أنظمة تحديد المواقع والملاحة والتوجيه عالية الدقة، يُعد أداء وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) المزودة بجسيمات بصرية مغناطيسية (FOG) عاملاً حاسماً في موثوقية النظام. وتُشكل الحساسية المغناطيسية، التي طالما تم تجاهلها، إحدى أبرز معوقات الدقة. ولا يُمكن تحقيق دقة عالية لوحدة القياس بالقصور الذاتي في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدة إلا من خلال تحسين شامل يشمل المواد والهياكل وصولاً إلى مستوى النظام.إذا كنت تشعر بالحيرة بشأن اختيار وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) أو مشاكل دقة مستشعرات الحركة البصرية (FOG)، فقد يكون من الأفضل إعادة النظر في الأمر من منظور الحساسية المغناطيسية. وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) من مايكرو ماجيك (Micro-Magic) لمستشعرات الحركة البصرية (FOG). U-F3X80،U-F3X90, U-F3X100،وU-F300 جميعها تتكون من جيروسكوبات ألياف بصرية. من أجل يحسن دقة وحدة قياس القصور الذاتي الضبابية، يمكننا تقليل الحساسية المغناطيسية لجيروسكوبات الألياف البصرية الموجودة بداخلها بشكل كامل من خلال التدابير التقنية المناسبة.U-F3X80وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصريU-F3X90وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصريU-F100Aجيروسكوب ألياف بصرية متوسط ​​الدقةU-F3X100وحدة قياس القصور الذاتي (IMU) ذات الجيروسكوب الليفي البصري   

اكتشف نظام FOG IMU متوسط ​​الدقة: حل ملاحة بالقصور الذاتي فعال من حيث التكلفة ومقاوم للصدمات، مناسب للطائرات بدون طيار والروبوتات والتطبيقات البحرية. تعرف على تصميمه المعياري، وسرعة تشغيله، واستقراره العالي.في مجالات الأنظمة غير المأهولة، والتصنيع الذكي، والتحكم الدقيق، وحدة قياس القصور الذاتي أصبحت وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) تقنية "غير مرئية" بالغة الأهمية. اليوم، سنأخذكم في رحلة لفهم حلٍّ يُحقق أداءً جيدًا في المشاريع الفعلية - نظام IMU متوسط ​​إلى منخفض الدقة يعتمد على جيروسكوب الألياف الضوئية ذي الحلقة المفتوحة (FOG). مقياس تسارع MEMS.هذا ليس مجرد جهاز استشعار بالقصور الذاتي، بل هو أيضاً توازن مثالي بين التصغير، والفعالية العالية من حيث التكلفة، والدقة. ملاحة.1. لماذا تختار وحدة قياس القصور الذاتي FOG IMU؟مع تلاشي أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي التقليدية القائمة على المنصات تدريجياً من المشهد التاريخي، أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي المثبتة أصبحت أنظمة المعلومات الاجتماعية (SINS) شائعة الاستخدام بالاعتماد على النمذجة الرياضية والحوسبة الرقمية.إذن، ما هي المزايا الأساسية لوحدة قياس القصور الذاتي FOG؟(1) مقاومة الصدمات والتداخل: تتميز الجيروسكوبات الليفية البصرية بمقاومتها للصدمات بشكل طبيعي ويمكنها تحمل قوى التسارع العالية، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للبيئات القاسية.(2) التشغيل السريع: لا حاجة إلى تهيئة معقدة؛ قم بالتوصيل والتشغيل بمجرد تشغيل الجهاز.(3) دقيق وفعال من حيث التكلفة: فبينما يلبي متطلبات الملاحة، فإنه يتحكم أيضًا في التكاليف.(4) سهولة التكامل: حجم صغير، استهلاك منخفض للطاقة، وسهولة التضمين.لذلك، يتم تطبيقها على نطاق واسع في مجالات مثل المركبات الجوية غير المأهولة والروبوتات والأنظمة المثبتة على المركبات والملاحة البحرية.2. أبرز ملامح بنية النظامتعتمد وحدة قياس القصور الذاتي FOG IMU هذه تصميمًا معياريًا، يتكون من جيروسكوب ألياف بصرية ثلاثي المحاور، ومقياس تسارع MEMS ثلاثي المحاور، ووحدة جمع البيانات، ومعالج إشارة رقمية عالي السرعة، بالإضافة إلى تعويض درجة الحرارة وخوارزميات نمذجة الخطأ، لتحقيق إخراج مستقر.تم ترتيب المحاور الستة الحساسة بطريقة متعامدة ثلاثية الأبعاد، بالإضافة إلى آلية تعويض برمجية، للقضاء على تأثير الأخطاء الهيكلية على دقة الملاحة.علاوة على ذلك، تم التحقق من هذا النظام أيضًا من خلال المحاكاة، مما يضمن أنه لا يزال يفي بالدقة المطلوبة لحسابات الملاحة حتى عند استخدام أجهزة استشعار منخفضة الدقة.3. وحدة جمع البيانات: "المركز العصبي" لوحدة القياس بالقصور الذاتيلقد قمنا بتحسين رابط جمع البيانات بشكل خاص:(1) معالجة الإشارة التناظرية: تضخيم ثنائي المراحل + مرشح تناظري، مما يعزز وضوح الإشارة.(2) أخذ عينات ADC عالية الدقة: دورة تحديث 10 مللي ثانية، مما يضمن استجابة سريعة للنظام.(3) قناة تعويض درجة الحرارة: شريحة متكاملة ومراقبة درجة الحرارة البيئية، مما يحقق التكيف البيئي الكامل.تلعب هذه الوحدة دورًا حاسمًا في تحسين الدقة الإجمالية للنظام.4. الأداء والتغذية الراجعة من العالم الحقيقيبعد نشر النموذج الأولي واختبار النظام، كان أداء نظام FOG IMU كما يلي:(1) استقرار ممتاز لزوايا الوضع(2) الأخطاء الثابتة ضمن النطاق القابل للتحكم(3) أداء قوي في مقاومة التداخل، قادر على التكيف مع التغيرات الديناميكية السريعةحالياً، تم استخدام هذا النظام في نوع معين من منصات الملاحة الروبوتية، وكانت ردود الفعل متسقة وجيدة. 5. نطاق التطبيق أوتلوكنظام FOG IMU جاهز للتطبيق في السيناريوهات التالية:(1) الملاحة للطائرات بدون طيار و المركبات غير المأهولة(2) أنظمة القياس البحرية(3) معدات الأتمتة الصناعية(4) التحكم في وضعية الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض(5) الروبوتات الذكية وتحديد المواقع بدقةسنطلق في المستقبل نسخة مطورة من وحدة قياس القصور الذاتي FOG IMU مصممة خصيصًا لتلبية متطلبات الدقة العالية مثل UF-100A. تابعونا للمزيد من التحديثات! UF100Aوحدة قياس القصور الذاتي (IMU) متوسطة الدقة تعتمد على جيروسكوب الألياف البصرية