التطبيقات

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام كشف التشوه القائم على الجيروسكوب الليفي البصريالميزات الرئيسية:المكونات: تتضمن جيروسكوبات ألياف بصرية عالية الدقة لقياس السرعة الزاوية وحساب المسار.الوظيفة: يجمع بين بيانات الجيروسكوب وقياسات المسافة للكشف عن التشوهات الهيكلية بدقة عالية.التطبيقات: مناسبة للهندسة المدنية، ومراقبة السلامة الهيكلية، وتحليل التشوه في الجسور والمباني والبنى التحتية الأخرى.الأداء: يحقق دقة في اكتشاف التشوه أفضل من 10 ميكرومتر عند سرعة تشغيل تبلغ 2 متر/ثانية باستخدام الجيروسكوبات متوسطة الدقة.المزايا: تصميم صغير الحجم، وزن خفيف، استهلاك منخفض للطاقة، وتشغيل سهل الاستخدام لسهولة النشر.خاتمة:يوفر هذا النظام قياسات دقيقة وموثوقة للتشوه، مما يوفر حلولاً قيّمة لاحتياجات التحليل الهندسي والإنشائي.1- طريقة للكشف عن تشوه الهياكل الهندسية باستخدام الجيروسكوب الليفي البصريتعتمد طريقة الكشف عن تشوهات الهياكل الهندسية باستخدام الجيروسكوب الليفي البصري على تثبيت الجيروسكوب على جهاز الكشف، وقياس السرعة الزاوية للجهاز أثناء تحركه على سطح الهيكل، وقياس مسافة التشغيل، وحساب مساره لتحديد التشوه. يُشار إلى هذه الطريقة في هذه الورقة باسم "طريقة المسار". ويمكن وصفها بأنها "ملاحة ثنائية الأبعاد"، حيث يتم تحديد موقع الجهاز على السطح العمودي للهيكل، ومن ثمّ يُحسب مساره على طول هذا السطح.وفقًا لمبدأ طريقة المسار، تشمل مصادر الخطأ الرئيسية خطأ المرجع، وخطأ قياس المسافة، وخطأ قياس الزاوية. يشير خطأ المرجع إلى خطأ قياس زاوية الميل الابتدائية θ0، ويشير خطأ قياس المسافة إلى خطأ قياس ΔLi، ويشير خطأ قياس الزاوية إلى خطأ قياس Δθi، وينتج هذا الخطأ بشكل أساسي عن خطأ قياس السرعة الزاوية لجيروسكوب الألياف الضوئية. لا تتناول هذه الورقة البحثية تأثير خطأ المرجع وخطأ قياس المسافة على خطأ كشف التشوه، بل تُحلل فقط خطأ كشف التشوه الناتج عن خطأ جيروسكوب الألياف الضوئية.2- تحليل دقة كشف التشوه باستخدام الجيروسكوب الليفي البصري2.1 نمذجة الخطأ في الجيروسكوب الليفي البصري في تطبيقات كشف التشوهالجيروسكوب الليفي البصري هو مستشعر لقياس السرعة الزاوية يعتمد على تأثير ساغناك. بعد مرور الضوء المنبعث من مصدر الضوء عبر الموجه Y، يتشكل شعاعان ضوئيان يدوران في اتجاهين متعاكسين داخل حلقة الألياف. عندما يدور حامل الضوء بالنسبة للفضاء المرجعي، ينشأ فرق في المسار البصري بين الشعاعين، ويمكن رصد إشارة التداخل البصري المرتبطة بالسرعة الزاوية الدورانية عند طرف الكاشف، وذلك لقياس السرعة القطرية.الصيغة الرياضية لإشارة خرج الجيروسكوب الليفي البصري هي: F = Kw + B0 + V. حيث F هي خرج الجيروسكوب، وK هو عامل المقياس، وω هي سرعة الجيروسكوب.مدخل السرعة الزاوية على المحور الحساس، B0 هو الانحياز الصفري الجيروسكوبي، υ هو حد الخطأ المتكامل، بما في ذلك الضوضاء البيضاء والمكونات المتغيرة ببطء الناتجة عن الضوضاء المختلفة ذات وقت الارتباط الطويل، ويمكن اعتبار υ أيضًا خطأ الانحياز الصفري.تشمل مصادر خطأ القياس في الجيروسكوب الليفي البصري خطأ عامل المقياس وخطأ الانحراف الصفري. حاليًا، يتراوح خطأ عامل المقياس في الجيروسكوب الليفي البصري المستخدم في التطبيقات الهندسية بين 10⁻⁵ و10⁻⁶. في تطبيقات كشف التشوه، تكون قيمة السرعة الزاوية المدخلة صغيرة، وبالتالي يكون خطأ القياس الناتج عن خطأ عامل المقياس أصغر بكثير من الخطأ الناتج عن خطأ الانحراف الصفري، ويمكن إهماله. يتميز مُركِّب التيار المستمر لخطأ الانحياز الصفري بتكرارية الانحياز الصفري (Br)، وهي الانحراف المعياري لقيمة الانحياز الصفري في عدة اختبارات. أما مُركِّب التيار المتردد فيتميز بثبات الانحياز الصفري (Bs)، وهو الانحراف المعياري لقيمة خرج الجيروسكوب عن متوسطها في اختبار واحد، وترتبط قيمته بزمن أخذ العينات للجيروسكوب.2.2 حساب خطأ التشوه بناءً على الجيروسكوب الليفي البصريباستخدام نموذج العارضة البسيطة المدعومة كمثال، يتم حساب خطأ اكتشاف التشوه، ويتم إنشاء النموذج النظري للتشوه الهيكلي. وعلى هذا الأساس، يتم ضبط عملية الاكتشاف.بناءً على سرعة التشغيل وزمن أخذ العينات للنظام، يمكن الحصول على السرعة الزاوية النظرية لجيروسكوب الألياف الضوئية. بعد ذلك، يمكن محاكاة خطأ قياس السرعة الزاوية لجيروسكوب الألياف الضوئية وفقًا لنموذج خطأ الانحراف الصفري لجيروسكوب الألياف الضوئية الذي تم تحديده سابقًا.2.3 مثال على حساب المحاكاةتعتمد إعدادات المحاكاة لسرعة التشغيل وزمن أخذ العينات على نمط متغير النطاق، أي أن قيمة ΔLi التي يمر بها كل زمن أخذ عينات ثابتة، بينما يتغير زمن أخذ العينات لنفس القطعة المستقيمة بتغيير سرعة التشغيل. على سبيل المثال، عندما تكون قيمة ΔLi تساوي 1 مم، أي عندما تكون سرعة التشغيل 2 م/ث، يكون زمن أخذ العينات 0.5 مللي ثانية. أما إذا كانت سرعة التشغيل 0.1 م/ث، فيكون زمن أخذ العينات 10 مللي ثانية.3- العلاقة بين أداء الجيروسكوب الليفي البصري وخطأ قياس التشوهأولًا، تم تحليل تأثير خطأ التكرارية عند انعدام الانحياز. في حالة انعدام خطأ استقرار الانحياز، يكون خطأ قياس السرعة الزاوية الناتج عن خطأ الانحياز ثابتًا، فكلما زادت سرعة الحركة، قلّ زمن القياس الكلي، وقلّ تأثير خطأ الانحياز، وبالتالي قلّ خطأ قياس التشوه. عند سرعات عالية، يُعدّ خطأ استقرار الانحياز العامل الرئيسي المُسبّب لخطأ قياس النظام. أما عند سرعات منخفضة، فيُصبح خطأ التكرارية عند انعدام الانحياز المصدر الرئيسي لخطأ قياس النظام.باستخدام مؤشر جيروسكوب الألياف الضوئية متوسط ​​الدقة، أي أن استقرار الانحياز الصفري يبلغ 0.5 درجة/ساعة عند زمن أخذ عينات 1 ثانية، وقابلية التكرار الصفري 0.05 درجة/ساعة. قارن أخطاء قياس النظام عند سرعات تشغيل 2 م/ث، 1 م/ث، 0.2 م/ث، 0.1 م/ث، 0.02 م/ث، 0.01 م/ث، 0.002 م/ث، و0.001 م/ث. عند سرعة تشغيل 2 م/ث، يبلغ خطأ القياس 8.514 ميكرومتر (RMS)، وعند خفض سرعة القياس إلى 0.2 م/ث، يبلغ خطأ القياس 34.089 ميكرومتر (RMS)، وعند خفض سرعة القياس إلى 0.002 م/ث، يبلغ خطأ القياس 2246.222 ميكرومتر (RMS)، كما يتضح من نتائج المقارنة. كلما زادت سرعة التشغيل، قل خطأ القياس. وبالنظر إلى سهولة التشغيل الهندسي، فإن سرعة التشغيل البالغة 2 م/ث يمكن أن تحقق دقة قياس أفضل من 10 ميكرومتر.4. ملخصاستنادًا إلى تحليل محاكاة قياس تشوه الهيكل الهندسي باستخدام الجيروسكوب الليفي البصري، تم وضع نموذج خطأ للجيروسكوب الليفي البصري، وتم تحديد العلاقة بين خطأ قياس التشوه وأداء الجيروسكوب الليفي البصري باستخدام نموذج العارضة المدعومة البسيطة كمثال. تُظهر نتائج المحاكاة أنه كلما زادت سرعة تشغيل النظام، أي كلما قل زمن أخذ العينات للجيروسكوب الليفي البصري، زادت دقة قياس التشوه للنظام مع ثبات عدد العينات وضمان دقة قياس المسافة. باستخدام مؤشر جيروسكوب ليفي بصري متوسط ​​الدقة وسرعة تشغيل تبلغ 2 متر/ثانية، يمكن تحقيق دقة قياس تشوه أفضل من 10 ميكرومتر.يتميز جيروسكوب الألياف الضوئية GF-50 من شركة Micro-Magic Inc بقطر 50 مم وطول 36.5 مم ودقة 0.1 درجة/ساعة. أما جيروسكوب GF-60، فتبلغ دقته 0.05 درجة/ساعة، وهو من فئة الجيروسكوبات عالية الأداء. تتميز جيروسكوباتنا بصغر حجمها وخفة وزنها وانخفاض استهلاكها للطاقة وسرعة تشغيلها وسهولة استخدامها، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي (INS) ووحدات القياس بالقصور الذاتي (IMU) وأنظمة تحديد المواقع وأنظمة تحديد الشمال وأنظمة استقرار المنصات وغيرها من المجالات. إذا كنتم مهتمين بجيروسكوب الألياف الضوئية الخاص بنا، فلا تترددوا في التواصل معنا.GF50جيروسكوب ألياف بصرية أحادي المحور متوسط ​​الدقة وفقًا للمعايير العسكرية GF60جيروسكوب ليفي أحادي المحور منخفض الطاقة، جيروسكوب ليفي بصري، وحدة قياس القصور الذاتي، معدل الزاوية للملاحة 

النقاط الرئيسيةالمنتج: جيروسكوب الألياف البصرية (FOG)الميزات الرئيسية:المكونات: تعتمد على ملفات الألياف البصرية، وتستخدم تأثير ساغناك لقياسات الإزاحة الزاوية الدقيقة.الوظيفة: توفر حساسية ودقة عاليتين، وهي مثالية لتحديد اتجاه الأجسام المتحركة.التطبيقات: يستخدم على نطاق واسع في المجال العسكري (مثل توجيه الصواريخ، وملاحة الدبابات) ويتوسع ليشمل القطاعات المدنية (مثل الملاحة في السيارات، والمسح).دمج البيانات: يجمع بين القياسات بالقصور الذاتي والإلكترونيات الدقيقة المتقدمة لتحسين الدقة والاستقرار.الخلاصة: يعتبر الجيروسكوب الليفي البصري عنصراً أساسياً للملاحة عالية الدقة، مع إمكانات نمو واعدة عبر تطبيقات متنوعة.سوق صناعة الجيروسكوبات الليفية البصريةبفضل مزاياها الفريدة، تتمتع الجيروسكوبات الليفية البصرية بآفاق تطوير واسعة في مجال قياس الكميات الفيزيائية بدقة عالية. ولذلك، يُعدّ استكشاف تأثير الأجهزة البصرية والبيئة الفيزيائية على أداء الجيروسكوبات الليفية البصرية، والحدّ من ضوضاء الشدة النسبية، من التقنيات الأساسية لتحقيق دقة عالية في هذه الجيروسكوبات. ومع تعمّق البحث، سيشهد الجيروسكوب الليفي المتكامل، الذي يتميز بدقة عالية وحجم صغير، تطورًا وتطبيقًا واسعين.يُعدّ الجيروسكوب الليفي البصري أحد الأجهزة الرئيسية في مجال تكنولوجيا القصور الذاتي حاليًا. ومع تحسّن المستوى التقني، سيستمر نطاق استخدام الجيروسكوب الليفي البصري في التوسع. وباعتباره المكوّن الأساسي للجيروسكوبات الليفية البصرية، سيزداد الطلب عليه في السوق. في الوقت الراهن، لا تزال الصين تستورد حلقات الألياف البصرية عالية الجودة، وفي ظل التوجه العام نحو الإنتاج المحلي، لا تزال هناك حاجة إلى تعزيز القدرة التنافسية الأساسية لشركات حلقات الألياف البصرية الصينية وقدراتها البحثية والتطويرية المستقلة.في الوقت الحالي، تُستخدم حلقة الألياف الضوئية بشكل أساسي في المجال العسكري، ولكن مع توسع تطبيق الجيروسكوب المصنوع من الألياف الضوئية إلى المجال المدني، ستتحسن نسبة استخدام حلقة الألياف الضوئية في المجال المدني بشكل أكبر.وفقًا لتقرير "دراسة سوق صناعة الجيروسكوب بالألياف الضوئية في الصين 2022-2027 وتحليل نصائح الاستثمار":الجيروسكوب الليفي البصري عنصر حساس يعتمد على ملف من الألياف الضوئية، حيث ينتشر الضوء المنبعث من صمام الليزر الثنائي على طول الألياف في اتجاهين. ويحدد اختلاف مسار انتشار الضوء الإزاحة الزاوية للعنصر الحساس. يُعد الجيروسكوب الليفي البصري الحديث أداةً قادرة على تحديد اتجاه الأجسام المتحركة بدقة. وهو جهاز ملاحة بالقصور الذاتي يُستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران والملاحة والفضاء والدفاع الوطني الحديثة. ويُمثل تطويره أهمية استراتيجية بالغة للصناعة والدفاع الوطني وغيرها من مجالات التطور التكنولوجي المتقدم في أي دولة.الجيروسكوب الليفي البصري هو مستشعر ليفي بصري جديد بالكامل، يعتمد على تأثير ساغناك. يُصنف الجيروسكوب الليفي البصري، وفقًا لطريقة عمله، إلى ثلاثة أنواع: الجيروسكوب الليفي البصري التداخلي (I-FOG)، والجيروسكوب الليفي البصري الرنيني (R-FOG)، والجيروسكوب الليفي البصري المُحفز بتشتت بريلوين (B-FOG). وبحسب دقته، يُصنف إلى: مستوى تكتيكي منخفض، ومستوى تكتيكي عالي، ومستوى ملاحة، ومستوى دقة. كما يُصنف إلى عسكري ومدني حسب مدى انفتاحه. يُستخدم الجيروسكوب الليفي البصري حاليًا في التطبيقات العسكرية، مثل: تحديد وضعية الطائرات المقاتلة والصواريخ، وملاحة الدبابات، وقياس اتجاه الغواصات، ومركبات القتال، وغيرها. أما استخدامه المدني فيتركز بشكل أساسي في ملاحة السيارات والطائرات، ومسح الجسور، وحفر آبار النفط، وغيرها.تتفاوت تطبيقات الجيروسكوب الليفي البصري تبعًا لدقته، بدءًا من الأسلحة والمعدات الاستراتيجية وصولًا إلى المجالات المدنية ذات الاستخدام التجاري. تُستخدم الجيروسكوبات الليفية البصرية متوسطة وعالية الدقة بشكل رئيسي في مجالات الأسلحة والمعدات المتطورة، مثل مجال الطيران والفضاء، بينما تُستخدم الجيروسكوبات الليفية البصرية منخفضة التكلفة والدقة بشكل أساسي في استكشاف النفط، والتحكم في وضعية الطائرات الزراعية، والروبوتات، والعديد من المجالات المدنية الأخرى التي تتطلب دقة منخفضة. ومع تطور تقنيات الإلكترونيات الدقيقة والإلكترونيات الضوئية المتقدمة، مثل التكامل الكهروضوئي وتطوير ألياف بصرية خاصة بالجيروسكوبات الليفية البصرية، تسارعت وتيرة تصغير حجم هذه الجيروسكوبات وخفض تكلفتها.ملخصيُعد الجيروسكوب الليفي البصري من شركة Micro-Magic Inc جيروسكوبًا تكتيكيًا متوسط ​​الدقة، ويتميز بانخفاض تكلفته وطول عمره الافتراضي، كما أن سعره تنافسي للغاية، بالإضافة إلى اتساع نطاق تطبيقاته، بما في ذلك طرازين رائجين للغاية هما GF50 وGF-60. يمكنك النقر على صفحة التفاصيل للاطلاع على المزيد من البيانات الفنية.GF50جيروسكوب ألياف بصرية أحادي المحور متوسط ​​الدقة وفقًا للمعايير العسكرية GF60جيروسكوب ليفي أحادي المحور منخفض الطاقة، جيروسكوب ليفي بصري، وحدة قياس القصور الذاتي، معدل الزاوية للملاحة 

النقاط الرئيسية المنتج: جيروسكوب الألياف الضوئية GF70ZKالميزات الرئيسية:المكونات: تستخدم الجيروسكوبات الليفية البصرية لإجراء قياسات القصور الذاتي عالية الدقة.الوظيفة: توفر بدء تشغيل سريع وبيانات ملاحة موثوقة لمختلف التطبيقات.التطبيقات: مناسبة لأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، واستقرار المنصات، وأنظمة تحديد المواقع في مجال الطيران والفضاء والمركبات ذاتية القيادة.الأداء: استقرار الانحياز الصفري بين 0.01 و 0.02، مصمم خصيصًا لتلبية احتياجات الدقة ونطاق القياس.الخلاصة: يجمع جهاز GF70ZK بين الحجم الصغير واستهلاك الطاقة المنخفض، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات لمهام الملاحة الصعبة في مختلف الصناعات.1. ما هو نظام الملاحة بالقصور الذاتي؟لفهم ماهية الملاحة بالقصور الذاتي، نحتاج أولاً إلى تقسيم العبارة إلى جزأين، وهما: الملاحة + القصور الذاتي.الملاحة، بعبارات بسيطة، تحل مشكلة الانتقال من مكان إلى آخر، مع تحديد الاتجاه، وعادة ما يكون ذلك باستخدام البوصلة.يشير مفهوم القصور الذاتي، المشتق أصلاً من الميكانيكا النيوتونية، إلى خاصية الجسم التي تحافظ على حالته الحركية. ووظيفته تسجيل معلومات حالة حركة الجسم.يُستخدم مثال بسيط لتوضيح الملاحة بالقصور الذاتي. يلعب طفل وصديقه لعبةً عند مدخل غرفة مغطاة بالبلاط، ويسيران على البلاط إلى الجانب الآخر وفقًا لقواعد محددة. خطوة للأمام، ثلاث لليسار، خمس للأمام، خطوتان لليمين... كل خطوة من خطواته تعادل طول بلاطة أرضية، ويمكن للأشخاص خارج الغرفة معرفة مسار حركته بالكامل برسم الطول والمسار المناسبين على ورقة. لا يحتاج الشخص لرؤية الغرفة لمعرفة موقع الطفل وسرعته، وما إلى ذلك.المبدأ الأساسي للملاحة بالقصور الذاتي وبعض أنواع الملاحة الأخرى هو كالتالي: معرفة موقعك الابتدائي، واتجاهك الابتدائي (وضعك)، واتجاه حركتك في كل لحظة، ثم التقدم للأمام قليلاً. اجمع هذه المعلومات (بما يتوافق مع عملية التكامل الرياضي)، وستحصل على اتجاهك وموقعك ومعلومات أخرى.إذن، كيف نحصل على معلومات التوجيه (الوضع) والموقع الحالي للجسم المتحرك؟ نحتاج إلى استخدام العديد من أجهزة الاستشعار، وفي الملاحة بالقصور الذاتي يتم استخدام أدوات القصور الذاتي: مقياس التسارع + الجيروسكوب.تستخدم الملاحة بالقصور الذاتي الجيروسكوب ومقياس التسارع لقياس السرعة الزاوية وتسارع المركبة في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي، وتقوم بدمج وحساب الوقت للحصول على السرعة والموقع النسبي، وتحويله إلى نظام إحداثيات الملاحة، بحيث يمكن الحصول على الموقع الحالي للمركبة من خلال الجمع بين معلومات الموقع الأولية.نظام الملاحة بالقصور الذاتي هو نظام ملاحة داخلي ذو حلقة مغلقة، ولا يعتمد على بيانات خارجية لتصحيح الخطأ أثناء حركة المركبة. لذا، لا يمكن استخدام نظام الملاحة بالقصور الذاتي إلا لفترات قصيرة. أما في حال تشغيل النظام لفترات طويلة، فمن الضروري تصحيح الخطأ المتراكم داخليًا بشكل دوري باستخدام نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية.2. الجيروسكوبات في الملاحة بالقصور الذاتيتُستخدم تقنية الملاحة بالقصور الذاتي على نطاق واسع في مجالات الطيران والفضاء، وأقمار الملاحة، والطائرات بدون طيار، وغيرها، نظرًا لقدرتها العالية على التخفي واستقلاليتها التامة في الحصول على معلومات الحركة. وخاصةً في مجال الطائرات الصغيرة بدون طيار والقيادة الذاتية، تُوفر هذه التقنية معلومات دقيقة عن الاتجاه والسرعة، وتلعب دورًا لا غنى عنه في الظروف المعقدة أو عندما تعجز إشارات الملاحة الخارجية المساعدة عن توفير مزايا الملاحة الذاتية في البيئة المحيطة، مما يُتيح قياسًا موثوقًا للوضع والموقع. ويُعد الجيروسكوب الليفي البصري، باعتباره مكونًا أساسيًا في نظام الملاحة بالقصور الذاتي، عنصرًا حاسمًا في قدرته على الملاحة. ويوجد حاليًا في السوق نوعان رئيسيان من الجيروسكوبات: الجيروسكوبات الليفية البصرية وجيروسكوبات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). وعلى الرغم من دقة الجيروسكوب الليفي البصري العالية، إلا أن نظامه بأكمله يتكون من وصلات.تتكون هذه التقنية من مُعدِّل وحلقة ألياف بصرية ومكونات منفصلة أخرى، مما ينتج عنه حجم كبير وتكلفة عالية، ولا تستطيع تلبية متطلبات التصغير والتكلفة المنخفضة في الطائرات المسيّرة الصغيرة والطائرات بدون طيار وغيرها من المجالات، مما يحدّ بشكل كبير من تطبيقاتها. على الرغم من إمكانية تصغير حجم الجيروسكوب بتقنية MEMS، إلا أن دقته منخفضة. إضافةً إلى ذلك، يحتوي على أجزاء متحركة، ومقاومته للصدمات والاهتزازات ضعيفة، مما يجعل استخدامه صعبًا في البيئات القاسية.3. ملخصتم تصميم جيروسكوب الألياف الضوئية GF70ZK من شركة Micro-Magic Inc خصيصًا وفقًا لمفهوم جيروسكوبات الألياف الضوئية التقليدية، بحجم صغير يبلغ 70*70*32 مم؛ ووزن خفيف، أقل من أو يساوي 250 جرامًا؛ واستهلاك منخفض للطاقة، أقل من أو يساوي 4 واط؛ وبدء تشغيل سريع، حيث يبلغ وقت بدء التشغيل 5 ثوانٍ فقط؛ هذا الجيروسكوب سهل التشغيل والاستخدام، ويستخدم على نطاق واسع في أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي، ووحدات القياس بالقصور الذاتي، وأنظمة تحديد المواقع، وأنظمة تحديد الشمال، واستقرار المنصات، وغيرها من المجالات.تتراوح دقة قياس التحيز الصفري لجهاز GF80 الخاص بنا بين 0.01 و0.02. ويكمن الاختلاف الأكبر بين هذين الجيروسكوبين الليفيين البصريين في نطاق القياس. وبالطبع، يمكن استخدام جيروسكوبنا الليفي البصري في الملاحة بالقصور الذاتي، ويمكنكم اختيار الجهاز الأنسب لكم بناءً على دقة القياس ونطاقه. نرحب باستشارتكم لنا في أي وقت للحصول على المزيد من البيانات الفنية.GF70ZKمستشعرات جيروسكوب الألياف الضوئية، نظام تحديد الشمال، نظام الملاحة بالقصور الذاتي، نظام مرجعي للوضع/السمت جي-إف80مستشعرات جيروسكوبية مصغرة من الألياف الضوئية، حجم صغير 80 مم 

النقاط الرئيسيةالمنتج: جيروسكوب MEMS من فئة الملاحةالميزات الرئيسية:المكونات: جيروسكوب MEMS لقياس السرعة الزاوية بدقة.الوظيفة: توفر بيانات ملاحة عالية الدقة مع انحراف منخفض، وهي مناسبة للملاحة طويلة المدى والمستقرة.التطبيقات: مثالية لمجالات الطيران والفضاء، وتوجيه الصواريخ التكتيكية، والملاحة البحرية، والروبوتات الصناعية.الأداء: يتميز بانخفاض عدم استقرار الانحياز والانحراف العشوائي، مما يوفر أداءً موثوقًا به بمرور الوقت.مقارنة: تلبي الطرازات المختلفة (MG-101، MG-401، MG-501) احتياجات الدقة المتفاوتة، حيث يوفر الطراز MG-101 أعلى دقة.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.المواصفات الفنية لجيروسكوب MEMSيتميز 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 الفنيوحدةمعنىنطاق القياس(°)/sحساس بشكل فعال لنطاق السرعة الزاوية المدخلةتحيز صفري(°)/ساعةيُشير 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(°)/sمعدل 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 المقياسفولت/(°)/ثانية، مللي أمبير/(°)/ثانيةنسبة التغير في الناتج إلى التغير في المدخل المراد قياسه.عرض النطاق التردديHzفي 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 MEMSتحليل انحراف الجيروسكوبفي 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 الجيروسكوبمعدل الانجراف العشوائي / (°)·ساعة-1جيروسكوب بمحمل كروي10-1جيروسكوب ذو محمل دوار1-0.1جيروسكوب عائم سائل0.01-0.001جيروسكوب عائم هوائي0.01-0.001جيروسكوب مضبوط ديناميكيًا0.01-0.001جيروسكوب إلكتروستاتيكي0.01-0.0001جيروسكوب رنيني نصف كروي0.1-0.01جيروسكوب ليزري حلقي0.01-0.001جيروسكوب الألياف البصرية1-0.1الجدول 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.طلبمتطلبات معدل الانحراف العشوائي للجيروسكوب / (°)·h-1جيروسكوب معدل الدوران في نظام التحكم في الطيران150-10الجيروسكوب العمودي في نظام التحكم في الطيران30-10الجيروسكوب الاتجاهي في نظام التحكم في الطيران10-1نظام التوجيه بالقصور الذاتي للصواريخ التكتيكية1-0.1بوصلة جيروسكوبية بحرية، نظام تحديد الاتجاه والوضع، نظام تحديد الموقع الجانبي للمدفعية، نظام الملاحة بالقصور الذاتي للمركبات الأرضية0.1-0.01أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي للطائرات والسفن0.01-0.001نظام التوجيه بالقصور الذاتي للصواريخ الاستراتيجية وصواريخ كروز0.01-0.0005الجدول 3: متطلبات معدل الانحراف العشوائي للجيروسكوب في تطبيقات مختلفة مقارنة بين ثلاثة جيروسكوبات MEMS من فئة الملاحةسلسلة 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-101MG-401MG-501المدى الديناميكي (درجة/ثانية)±100±400±500عدم استقرار الانحياز (درجة/ساعة)0.10.52المشي العشوائي الزاوي (°/√h)0.0050.025~0.050.125-0.1استقرار الانحياز (1σ 10 ثانية) (درجة/ساعة)0.10.52~5الجدول 4: جدول مقارنة معلمات ثلاثة جيروسكوبات MEMS من فئة الملاحةآمل 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. MG502جيروسكوب MEMS MG502  

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام الملاحة بالقصور الذاتي (INS) القائم على وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU)الميزات الرئيسية:المكونات: يستخدم مقاييس التسارع والجيروسكوبات بتقنية MEMS للقياس في الوقت الحقيقي للتسارع والسرعة الزاوية.الوظيفة: دمج بيانات الموقع والاتجاه الأولية مع قياسات وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) لحساب الموقع والاتجاه في الوقت الفعلي.التطبيقات: مثالية للملاحة الداخلية، والفضاء، والأنظمة المستقلة، والروبوتات.التحديات: معالجة أخطاء المستشعر، والانحراف التراكمي، وتأثيرات البيئة الديناميكية باستخدام أساليب المعايرة والترشيح.الخلاصة: يوفر تحديد المواقع بدقة في البيئات الصعبة، مع أداء قوي عند دمجه مع أنظمة تحديد المواقع المساعدة مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يعتمد الجيروسكوب الكهروميكانيكي الدقيق (MEMS) على السرعة الزاوية الحساسة لقوة كوريوليس، وينقسم نظام التحكم فيه إلى حلقتين: حلقة تحكم في وضع القيادة وحلقة تحكم في وضع الكشف. ولا يمكن الحصول على معلومات دقيقة عن السرعة الزاوية المدخلة إلا من خلال ضمان التتبع الفوري لسعة اهتزاز وضع القيادة وتردد الرنين. ستتناول هذه الورقة البحثية تحليل حلقة التحكم في وضع القيادة للجيروسكوب الكهروميكانيكي الدقيق من جوانب متعددة.نموذج حلقة التحكم النمطي للقيادةيتم تحويل إزاحة اهتزاز وضع تشغيل الجيروسكوب MEMS إلى تغير في السعة عبر بنية كشف المكثفات المشطية، ثم تُحوّل السعة إلى إشارة جهد تُميّز إزاحة تشغيل الجيروسكوب عبر دائرة الصمام الثنائي الحلقي. بعد ذلك، تدخل الإشارة إلى فرعين: الأول يمر عبر وحدة التحكم التلقائي في الكسب (AGC) للتحكم في السعة، والثاني يمر عبر وحدة حلقة الطور المقفلة (PLL) للتحكم في الطور. في وحدة AGC، تُزال أولًا شفرة إشارة إزاحة التشغيل عن طريق الضرب ومرشح التمرير المنخفض، ثم تُضبط السعة عند القيمة المرجعية المحددة عبر وصلة PI، وتُخرج إشارة التحكم في سعة التشغيل. الإشارة المرجعية المستخدمة لإزالة شفرة الضرب في وحدة PLL متعامدة مع إشارة إزالة الشفرة المرجعية المستخدمة في وحدة AGC. بعد مرور الإشارة عبر وحدة PLL، يُمكن تتبع تردد الرنين لتشغيل الجيروسكوب. مخرج الوحدة هو إشارة التحكم في طور التشغيل. تُضرب إشارتا التحكم لتوليد جهد تشغيل الجيروسكوب، والذي يُطبّق على مشط التشغيل ويُحوّل إلى قوة دافعة كهروستاتيكية لتشغيل وضع تشغيل الجيروسكوب، لتشكيل حلقة تحكم مغلقة لهذا الوضع. يوضح الشكل 1 حلقة التحكم في وضع تشغيل جيروسكوب MEMS.الشكل 1. مخطط هيكل التحكم في وضع تشغيل الجيروسكوب MEMSوظيفة نقل الوضعية للقيادةوفقًا للمعادلة الديناميكية لنمط قيادة الجيروسكوب المهتز بتقنية MEMS، يمكن الحصول على دالة نقل المجال المستمر عن طريق تحويل لابلاس:حيث أن mx هي الكتلة المكافئة لوضع محرك الجيروسكوب، وωx=√kx/mx هو التردد الرنيني لوضع المحرك، وQx = mxωx/cx هو عامل الجودة لوضع المحرك.وصلة تحويل الإزاحة إلى السعةوفقًا لتحليل سعة الكشف لأسنان المشط، فإن رابط تحويل الإزاحة إلى السعة يكون خطيًا عند تجاهل تأثير الحافة، ويمكن التعبير عن كسب السعة التفاضلية المتغيرة مع الإزاحة على النحو التالي:حيث أن nx هو عدد الأمشاط النشطة التي يتم تشغيلها بواسطة الوضع الجيروسكوبي، و ε0 هو ثابت العزل الكهربائي للفراغ، و hx هو سمك أمشاط الكشف المحركة، و lx هو طول التداخل بين أمشاط الكشف المحركة النشطة والثابتة في حالة الراحة، و dx هي المسافة بين الأسنان.وصلة تحويل السعة إلى جهددائرة تحويل الجهد المكثف المستخدمة في هذه الورقة هي دائرة ثنائية حلقية، ويظهر مخططها التخطيطي في الشكل 2.الشكل 2: رسم تخطيطي لدائرة الصمام الثنائي الحلقيفي الشكل، C1 وC2 هما مكثفات الكشف التفاضلي للجيروسكوب، وC3 وC4 هما مكثفات إزالة التضمين، وVca هي سعة الموجة المربعة. مبدأ العمل هو: عندما تكون الموجة المربعة في النصف الموجب من الدورة، يتم تشغيل الثنائيين D2 وD4، ثم يقوم المكثف C1 بشحن C4 ويقوم C2 بشحن C3؛ وعندما تكون الموجة المربعة في النصف الموجب من الدورة، يتم تشغيل الثنائيين D1 وD3، ثم يقوم المكثف C1 بتفريغ شحنته إلى C3 ويقوم C2 بتفريغ شحنته إلى C4. بهذه الطريقة، وبعد عدة دورات من الموجة المربعة، يستقر الجهد على مكثفات إزالة التضمين C3 وC4. ويُعطى تعبير الجهد كما يلي:بالنسبة للجيروسكوب الميكانيكي السيليكوني الدقيق الذي تمت دراسته في هذه الورقة، فإن سعته الساكنة في حدود عدة بيكوفاراد، وتغير السعة أقل من 0.5 بيكوفاراد، بينما سعة إزالة التضمين المستخدمة في الدائرة في حدود 100 بيكوفاراد، لذلك يوجد CC0》∆C و C2》∆C2، ويتم الحصول على كسب تحويل جهد المكثف من خلال الصيغة المبسطة التالية:حيث أن Kpa هو عامل التضخيم للمضخم التفاضلي، و C0 هي سعة إزالة التضمين، و C هي السعة الثابتة لسعة الكشف، و Vca هي سعة الموجة الحاملة، و VD هو انخفاض الجهد في حالة التشغيل للثنائي.وصلة تحويل السعة إلى جهديُعدّ التحكم في الطور جزءًا أساسيًا من التحكم في محرك الجيروسكوب بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). تستطيع تقنية الحلقة المغلقة الطورية تتبع تغير تردد إشارة الدخل ضمن نطاق التردد المُلتقط، وتثبيت إزاحة الطور. لذا، تستخدم هذه الورقة البحثية تقنية الحلقة المغلقة الطورية للتحكم في طور الجيروسكوب، ويُوضح الشكل 3 مخططها الهيكلي الأساسي.الشكل 3: مخطط هيكلي للبنية الأساسية لـ PLLنظام PLL هو نظام تنظيم طور تلقائي ذو تغذية راجعة سالبة، ويمكن تلخيص مبدأ عمله كما يلي: يتم إدخال إشارة الدخل الخارجية ui(t) وإشارة التغذية الراجعة uo(t) الخارجة من مذبذب التحكم بالجهد (VCO) إلى مُفَرِّق الطور في آنٍ واحد لإجراء مقارنة طورية بين الإشارتين. ويُخرج مُفَرِّق الطور إشارة جهد خطأ ud(t) تعكس فرق الطور θe(t) بين الإشارتين. تُمرَّر الإشارة عبر مرشح الحلقة لتصفية مكونات التردد العالي والضوضاء، والحصول على مذبذب تحكم بالجهد uc(t). يقوم مذبذب التحكم بالجهد بضبط تردد إشارة الخرج وفقًا لجهد التحكم هذا، بحيث يقترب تدريجيًا من تردد إشارة الدخل، وإشارة الخرج النهائية uo(t). عندما يتساوى تردد ui(t) مع uo(t) أو يصل إلى قيمة ثابتة، تصل الحلقة إلى حالة التزامن.التحكم التلقائي في الكسبنظام التحكم التلقائي في الكسب (AGC) هو نظام تغذية راجعة سلبية ذو حلقة مغلقة مع تحكم في السعة، والذي يوفر، بالاشتراك مع حلقة قفل الطور، اهتزازًا مستقرًا في السعة والطور لوضع تشغيل الجيروسكوب. يوضح الشكل 4 مخطط هيكله.الشكل 4. مخطط هيكل التحكم التلقائي في الكسبيمكن تلخيص مبدأ عمل التحكم التلقائي في الكسب على النحو التالي: يتم إدخال الإشارة ui(t) التي تحتوي على معلومات إزاحة محرك الجيروسكوب إلى وصلة كشف السعة، ويتم استخراج إشارة سعة إزاحة المحرك عن طريق إزالة التضمين بالضرب، ثم يتم ترشيح مكون التردد العالي والضوضاء بواسطة مرشح تمرير منخفض؛ في هذه الحالة، تكون الإشارة عبارة عن إشارة جهد مستمر نقية نسبيًا تميز إزاحة المحرك، ثم يتم التحكم في الإشارة عند قيمة مرجعية معينة من خلال وصلة PI، ويتم إخراج الإشارة الكهربائية ua(t) التي تتحكم في سعة المحرك لإكمال التحكم في السعة.خاتمةتتناول هذه الورقة البحثية حلقة التحكم في وضع القيادة لجيروسكوب MEMS، بما في ذلك النموذج، وتحويل السعة إلى حالة عدم التزامن، وتحويل السعة إلى جهد، وحلقة الطور المقفلة، والتحكم التلقائي في الكسب. وبصفتها شركة مصنعة لمستشعرات جيروسكوب MEMS، أجرت شركة Micro-Magic Inc أبحاثًا معمقة حول جيروسكوبات MEMS، وساهمت بشكل متكرر في نشر المعرفة المتعلقة بها ومشاركتها. لفهم أعمق لجيروسكوب MEMS، يمكنكم الرجوع إلى معلمات MG-501 وMG1001.إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن منتجات MEMS، فيرجى الاتصال بنا. MG502جيروسكوب MEMS MG502   

النقاط الرئيسية**المنتج:** جيروسكوب MEMS للأجهزة بالقصور الذاتي**سمات:**– **المواد:** سبائك معدنية، مواد وظيفية، بوليمرات عضوية، مواد غير عضوية لا فلزية- **العوامل المؤثرة على الاستقرار:** العيوب المجهرية، حجم الحبيبات، النسيج، الإجهاد الداخلي– **الأثر البيئي:** يتأثر الأداء بالحمل الزائد والاهتزازات وتغيرات درجة الحرارة- **تنظيم البنية المجهرية:** استخدام مركبات SiC/Al لتقليل كثافة الانخلاعات وتحسين المتانة**المزايا:** يعزز الدقة والاستقرار على المدى الطويل، ويضمن التحكم المخصص في البنية المجهرية الموثوقية في ظل ظروف متغيرة، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات في مجال الطيران والفضاء والتسجيل الدقيق.في السنوات الأخيرة، ومع التطور السريع في مجالات تسجيل بيانات النفط، والفضاء، والتعدين، والمسح ورسم الخرائط، وغيرها، أصبحت دقة واستقرار الأجهزة الدقيقة، مثل الجيروسكوبات الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، على المدى الطويل، أكثر إلحاحًا. وقد أظهرت الدراسات أن عدم استقرار أبعاد المواد يُعدّ أحد الأسباب الرئيسية لضعف دقة واستقرار الأجهزة التي تعمل بالقصور الذاتي. ويختلف استقرار الأبعاد عن التمدد الحراري أو أداء دورات التبريد والتسخين، فهو مؤشر الأداء الرئيسي لمواد الأجزاء الميكانيكية الدقيقة، ويشير إلى قدرة الأجزاء على الحفاظ على حجمها وشكلها الأصليين في بيئة محددة.مادة جهاز قياس القصور الذاتي القائم على الجيروسكوب MEMSتوجد أربعة أنواع رئيسية من مواد مكونات أجهزة القياس بالقصور الذاتي، أولها المعادن (مثل الألومنيوم وسبائك الألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس وسبائك النحاس، وسبائك التيتانيوم، والبريليوم، والذهب، وما إلى ذلك) وموادها المركبة؛ ثانيها المواد الوظيفية (مثل سبائك الحديد والنيكل المغناطيسية اللينة، وسبائك الساماريوم والكوبالت المغناطيسية الصلبة، وسبائك الألومنيوم والنيكل والكوبالت المغناطيسية الصلبة، وما إلى ذلك)؛ ثالثها البوليمرات العضوية (مثل متعدد رباعي فلورو الإيثيلين، والمطاط، وراتنج الإيبوكسي، وما إلى ذلك)؛ رابعها المواد غير العضوية غير المعدنية (مثل زجاج الكوارتز، والسيراميك القابل للمعالجة، وما إلى ذلك)، والتي تشكل المعادن وموادها المركبة النسبة الأكبر منها.في السنوات الأخيرة، حققنا إنجازاتٍ بارزة في مجال التصنيع الآلي عالي الدقة، وتقنية التجميع منخفضة الإجهاد، لكننا ما زلنا نلاحظ انحرافًا طفيفًا في دقة الجهاز بعد تسليمه، مما يحول دون تحقيق استقرارٍ طويل الأمد. في الواقع، بعد تحديد التصميم الهيكلي، ومعالجة الأجزاء، وعملية التجميع، يعتمد استقرار دقة الجهاز على المدى الطويل على الخصائص الجوهرية للمادة.تؤثر الخصائص الذاتية للمادة (مثل العيوب المجهرية، والطور الثانوي، وحجم الحبيبات، والنسيج، وما إلى ذلك) بشكل مباشر على استقرار أبعادها. بالإضافة إلى ذلك، تخضع مادة الجهاز لتغيرات أبعاد غير قابلة للانعكاس عند تفاعلها مع البيئة الخارجية (مجال الإجهاد، ومجال درجة الحرارة، والزمن، وما إلى ذلك). يوضح الشكل 1 العلاقة بين دقة جهاز القياس بالقصور الذاتي وظروف التشغيل، والبنية المجهرية للمادة، وتغير حجمها. فعلى سبيل المثال، تؤثر ظروف تشغيل جيروسكوب MEMS وبيئة تخزينه على استقرار أبعاد المادة. حتى مع وجود نظام للتحكم في درجة حرارة جيروسكوب MEMS، فإن عدم استقرار البنية المجهرية للمادة نفسها، أو وجود طور ثانوي شبه مستقر، أو وجود إجهاد متبقٍ كبير/صغير أثناء التجميع، سيؤدي إلى انحراف دقة الجهاز.الشكل 1: العلاقة بين دقة أجهزة القياس بالقصور الذاتي، وظروف التشغيل، والبنية المجهرية، والتغيرات البعديةالعوامل المؤثرة في التغير الماديتشمل الخصائص الجوهرية لمواد الجيروسكوب MEMS بشكل أساسي العيوب المجهرية، والطور الثاني، والحبيبات، والنسيج، والإجهاد الداخلي، وما إلى ذلك. وتتفاعل العوامل البيئية الخارجية بشكل رئيسي مع الخصائص الجوهرية لتسبب تغيرات في الأبعاد.1. كثافة وشكل العيوب المجهريةتشمل العيوب المجهرية في المعادن والسبائك الفراغات، والانخلاعات، والتوائم، وحدود الحبيبات، وغيرها. يُعدّ الانخلاع الشكل الأكثر شيوعًا للعيوب المجهرية، وهو يشير إلى العيوب الناتجة عن الترتيب غير المنتظم للذرات في البلورات المنتظمة، مثل غياب أو زيادة نصف المستوى الذري لانخلاع الحافة. ​​وبسبب إدخال الانخلاع لحجم حر في البلورات المثالية، تحدث تغيرات في حجم المادة، كما هو موضح في الشكل 2. ومع ذلك، في حالة ثبات عدد الذرات، يؤدي وجود الانخلاع إلى ظهور حجم حر حول الذرات، وهو ما ينعكس في زيادة حجم السبيكة.الشكل 2: رسم تخطيطي لتأثير كثافة العيوب المجهرية في المواد على أبعاد المادة2. تأثير الحبيبات والنسيج على الاستقرارتم اشتقاق العلاقة بين الانفعال ε للمعدن أو السبيكة تحت تأثير الإجهاد المطبق σ وحجم الحبيبات d للمادة، وكثافة ρ للخلع المتحرك، والإجهاد σ0 المطلوب لبدء أول خلع، ومعامل القص G للمادة:يتضح من الصيغة أن تحسين الحبيبات يمكن أن يقلل من الإجهاد المتولد، وهو أيضًا الاتجاه التوجيهي لتنظيم البنية المجهرية في عملية التثبيت.بالإضافة إلى ذلك، في الإنتاج الفعلي، عند استخدام القضبان المبثوقة والصفائح المدرفلة لتصنيع مكونات الأجهزة الدقيقة، من الضروري أيضًا مراعاة تباين الخواص للمادة، كما هو موضح في الشكل 3. فعلى سبيل المثال، عند استخدام سبيكة 2024Al لإطار الجيروسكوب الميكانيكي، يعتمد الإطار الموضح في الشكل 3(أ) عمومًا على قضيب من سبيكة الألومنيوم 2024 المبثوقة. ونظرًا للتشوه اللدن الكبير، تُظهر الحبيبات اتجاهًا تفضيليًا لتشكيل نسيج، كما هو موضح في الشكلين 3(ب) و3(ج). ويشير النسيج إلى الحالة التي ينحرف فيها اتجاه البلورات في المادة متعددة البلورات بشكل كبير عن التوزيع العشوائي.الشكل 3: البنية المجهرية لقضيب سبيكة 2024Al المستخدم في إطارات الجيروسكوب الميكانيكيالمنتجات المذكورة في المقال3. تأثير البيئة على استقرار أبعاد المواد بشكل عام، تحتاج أجهزة القياس بالقصور الذاتي إلى الحفاظ على استقرار دقتها على المدى الطويل في ظل ظروف مثل التحميل الزائد الكبير والاهتزاز والصدمات وتغيرات درجات الحرارة، مما يفرض متطلبات تثبيت أكثر دقة على البنية المجهرية وخصائص المواد. فعلى سبيل المثال، عند استخدام مركبات SiC/2024Al المستخدمة في تصنيع الأجهزة، يتم تحقيق استقرار الأبعاد على المدى الطويل من خلال عملية تثبيت في تصنيع هياكل أجهزة القياس بالقصور الذاتي. وتُظهر النتائج أن سعة تغير الحجم (~ 1.5×10⁻⁴) الناتجة عن عملية تثبيت درجة الحرارة لمركب SiC/الألومنيوم النقي (حيث يؤثر الإجهاد الداخلي فقط على تغير الحجم) أكبر من تلك الناتجة عن عملية تثبيت درجة الحرارة لسبائك الألومنيوم (حيث يؤثر ترسيب التقادم فقط على تغير الحجم) (~ -0.8×10⁻⁴). عندما تصبح المادة الأساسية سبيكة ألومنيوم، يتضاعف تأثير الإجهاد الداخلي للمركب على تغير الأبعاد، كما هو موضح في الشكل 4. بالإضافة إلى ذلك، يختلف اتجاه تغير الإجهاد الداخلي للمادة نفسها باختلاف بيئات التشغيل، بل قد يظهر اتجاه معاكس لتغير الحجم. على سبيل المثال، تُنتج مركبات SiC/2024Al تحررًا للإجهاد الانضغاطي عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 190 درجة مئوية، مما يؤدي إلى زيادة الحجم، بينما يحدث تحرر للإجهاد الشدّي عند 500 صدمة باردة وساخنة عند درجات حرارة تتراوح بين -196 و190 درجة مئوية، مما يؤدي إلى انخفاض الحجم.لذا، عند تصميم واستخدام مركبات المصفوفة الألومنيومية، من الضروري التحقق بدقة من درجة حرارة التشغيل، وحملها، وحالة الإجهاد الأولية، ونوع مادة المصفوفة. وتقوم فكرة تصميم العملية الحالية، القائمة على تثبيت الإجهاد، على إجراء صدمات حرارية وباردة تغطي نطاق درجة حرارة التشغيل، مما يؤدي إلى تخفيف الإجهاد الداخلي، وتكوين عدد كبير من هياكل الانخلاعات المستقرة داخل المادة المركبة، وتعزيز الترسيب الثانوي.الشكل 4: التغيرات البعدية في سبائك الألومنيوم والمواد المركبة أثناء التقادم عند درجة حرارة ثابتةتدابير لتحسين استقرار أبعاد المكونات1. تنظيم وتحسين العيوب الدقيقةيُعدّ اختيار نظام مواد جديد وسيلة فعّالة للتحكم في العيوب المجهرية. على سبيل المثال، يُمكن استخدام مركبات SiC/Al المُصنّعة خصيصًا للأجهزة، وجزيئات سيراميك SiC لتثبيت الانخلاعات في مصفوفة الألومنيوم، أو تقليل كثافة الانخلاعات المتحركة، أو تغيير نوع العيب في المعدن. وبالنظر إلى مركبات SiC/Al كمثال، تُشير الأبحاث إلى أنه عند تقليل متوسط ​​المسافة بين جزيئات السيراميك في المركبات إلى 250 نانومتر، يُمكن تحضير مركب ذي عيب طبقي، ويكون حد المرونة لهذا المركب أعلى بنسبة 50% من حد المرونة للمركب الخالي من العيوب الطبقية، كما هو موضح في الشكل 5.الشكل 5: نوعان من مورفولوجيا المواد المركبةتجدر الإشارة إلى أنه عند تطوير مسار عملية التحكم التنظيمي، من الضروري أيضًا اختيار نظام المواد المناسب ومعايير عملية الصدمات الباردة والحرارية، مع مراعاة ظروف الإجهاد ونطاق درجة حرارة التشغيل لبيئة خدمة جهاز القياس بالقصور الذاتي. في السابق، كان اختيار نظام المواد ومعايير العملية يعتمد على الخبرة وبيانات الأداء الكثيرة، مما أدى إلى نقص في الأساس النظري لتصميم العملية بسبب غياب الدعم المتعلق بالبنية المجهرية. في السنوات الأخيرة، ومع التطور المستمر لتقنيات الاختبار التحليلي، أصبح من الممكن إجراء تقييم كمي أو شبه كمي لكثافة العيوب المجهرية وشكلها باستخدام مطياف حيود الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني الماسح، والمجهر الإلكتروني النافذ، مما يوفر دعمًا تقنيًا لتحسين نظام المواد وفحص العملية. 2. تنظيم الحبوب والملمس يُعزى تأثير النسيج على استقرار الأبعاد إلى التباين الذي يُسبب تغير الأبعاد. وكما ذُكر سابقًا، يتطلب إطار جيروسكوب MEMS دقةً رأسيةً فائقةً في الاتجاهين المحوري والقطري، ويجب التحكم في خطأ التصنيع بدقة تصل إلى مستوى الميكرونات لتجنب انحراف مركز ثقل جيروسكوب MEMS. لهذا السبب، خضع قضيب 2024Al المبثوق لمعالجة حرارية بالتشكيل. يوضح الشكل 6 صورًا مجهريةً لتشوه ضغط محوري بنسبة 40% لسبائك الألومنيوم 2024 المبثوقة، بالإضافة إلى صور البنية المجهرية قبل وبعد التشكيل الحراري. قبل المعالجة الحرارية بالتشكيل، يصعب حساب حجم الحبيبات المحورية، ولكن بعد المعالجة، بلغت درجة تساوي المحاور للحبيبات عند حافة القضيب 0.98، مما يشير إلى زيادة ملحوظة في درجة تساوي المحاور للحبيبات. بالإضافة إلى ذلك، يُلاحظ من الشكل أن فرق مقاومة التشوه الطفيف بين المحوري والقطري للعينة الأصلية يبلغ 111.63 ميجا باسكال، مما يدل على تباين قوي في الخواص. بعد المعالجة الحرارية للتشوه، بلغت قيم مقاومة التشوه الطفيف المحورية والقطرية 163 ميجا باسكال و149 ميجا باسكال على التوالي. وبالمقارنة مع العينة الأصلية، تغيرت نسبة مقاومة التشوه الطفيف المحورية إلى القطرية من 2.3 قبل المعالجة الحرارية للتشوه إلى 1.1، مما يشير إلى تحسن ملحوظ في التخلص من تباين الخواص في المادة بعد المعالجة الحرارية للتشوه.الشكل 6: رسم تخطيطي للمعالجة المتساوية الخواص، وتغيرات البنية المجهرية، واختبار أداء قضيب من سبائك الألومنيوملذا، عند استخدام قضبان أو صفائح سبائك الألومنيوم في تصنيع مكونات أجهزة القياس بالقصور الذاتي، يُنصح بزيادة مرحلة المعالجة الحرارية للتشكيل، وإزالة النسيج البلوري، والحصول على بنية متجانسة، وتجنب تباين الخواص أثناء التشكيل. ويمكن الحصول على المعلومات الإحصائية للنسيج البلوري باستخدام تقنية حيود الإلكترونات المشتتة عكسيًا (EBSD) في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، أو حيود الإلكترونات المحفزة بالحرارة (TKD) في المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، أو حيود الأشعة السينية ثلاثي الأبعاد (XRD)، كما يمكن تحليل تغيرات النسيج البلوري كميًا.خاتمةانطلاقًا من الحاجة المُلحة إلى استقرار دقة أجهزة القياس بالقصور الذاتي على المدى الطويل، تستعرض هذه الورقة البحثية بشكل منهجي تأثير استقرار الأبعاد من منظور علم المواد، وتطرح سبلًا لتحسين استقرار دقة هذه الأجهزة على المدى الطويل من خلال الخصائص الذاتية للمواد. يُعدّ جهاز NF-1000، المُغلّف بطبقة سيراميكية من نوع LCC، جيروسكوبًا مُطوّرًا بتقنية MEMS لتحديد الشمال، مُستندًا إلى جيروسكوب MG-502، وقد زاد نطاقه من 50-100 درجة/ثانية إلى 500 درجة/ثانية، مُحققًا بذلك إنجازًا هامًا. تُعدّ المواد عنصرًا حاسمًا في استقرار هذه الأجهزة على المدى الطويل، وهي أساس أدائها الأمثل. آمل أن تتمكن من خلال هذه المقالة من فهم معلومات حول الجيروسكوب الكهروميكانيكي الدقيق (MEMS)، وإذا كنت ترغب في معرفة المزيد من المعلومات، يمكنك قراءة المنتجات والمقالات ذات الصلة. MG502جيروسكوبات أحادية المحور عالية الدقة من نوع Mg-502 بتقنية MEMS