مصنّع الجيروسكوب بتقنية MEMS

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). يُعدّ قانون انحراف ثابت الجهاز مع درجة الحرارة في جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي ظاهرةً معقدة، تتضمن تفاعل مكونات وأنظمة متعددة داخل الجهاز. ويشير ثابت الجهاز إلى القيمة المرجعية للقياس في جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي في ظل ظروف محددة. وهو أمر بالغ الأهمية لضمان دقة القياس واستقراره.تؤدي تغيرات درجة الحرارة إلى انحراف ثوابت الجهاز، ويعود ذلك أساسًا إلى أن الاختلافات في معاملات التمدد الحراري للمواد تُحدث تغييرات في بنية الجهاز، كما أن أداء المكونات الإلكترونية يتغير بتغير درجة الحرارة. غالبًا ما يكون نمط هذا الانحراف غير خطي لأن المواد والمكونات المختلفة تستجيب بشكل مختلف لدرجة الحرارة.لدراسة تغير ثوابت جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي مع تغير درجة الحرارة، عادةً ما يتطلب الأمر سلسلة من التجارب وتحليل البيانات. يشمل ذلك معايرة الجهاز وقياسه عند درجات حرارة مختلفة، وتسجيل التغيرات في ثوابت الجهاز، وتحليل العلاقة بين درجة الحرارة وثوابت الجهاز.من خلال تحليل البيانات التجريبية، يمكن تحديد اتجاه تغير ثوابت الجهاز مع درجة الحرارة، ويمكن محاولة وضع نموذج رياضي لوصف هذه العلاقة. يمكن أن تستند هذه النماذج إلى الانحدار الخطي، أو مطابقة كثيرات الحدود، أو غيرها من الأساليب الإحصائية، وتُستخدم للتنبؤ بالانحراف في ثوابت الجهاز عند درجات حرارة مختلفة والتعويض عنه.يُعدّ فهم تغير ثوابت جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي مع تغير درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين دقة القياس واستقراره. ومن خلال اتخاذ تدابير تعويضية مناسبة، مثل التحكم في درجة الحرارة والمعايرة ومعالجة البيانات، يمكن تقليل تأثير درجة الحرارة على ثوابت الجهاز، وبالتالي تحسين أداء قياس جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي.تجدر الإشارة إلى أن قواعد الانحراف المحددة وطرق التعويض قد تختلف باختلاف طرازات أجهزة قياس الزوايا الجيروسكوبية وسيناريوهات التطبيق. لذا، في التطبيقات العملية، يجب دراسة التدابير المناسبة وتطبيقها وفقًا للظروف الخاصة بكل حالة.تتضمن دراسة نمط انحراف ثوابت جهاز قياس الزوايا الدوراني مع درجة الحرارة عادةً مراقبة وتحليل أداء الجهاز في ظل ظروف درجات حرارة مختلفة.يهدف هذا البحث إلى فهم كيفية تأثير التغيرات في درجة الحرارة على ثوابت جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي، وربما إيجاد طريقة للتعويض عن تأثير درجة الحرارة هذا أو تصحيحه.تشير الثوابت الآلية عمومًا إلى الخصائص الذاتية للجهاز في ظل ظروف محددة، مثل درجة الحرارة القياسية. بالنسبة لجهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي، قد ترتبط الثوابت الآلية بدقة القياس، والاستقرار، وما إلى ذلك.عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة، قد تتغير خصائص المواد والبنية الميكانيكية وما إلى ذلك داخل الجهاز، مما يؤثر على ثوابت الجهاز.لدراسة نمط الانجراف هذا، عادة ما تكون الخطوات التالية مطلوبة:اختر مجموعة من نقاط درجات الحرارة المختلفة لتغطية بيئات التشغيل التي قد يواجهها جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي.قم بإجراء قياسات اتجاهية متعددة عند كل نقطة درجة حرارة للحصول على عينات بيانات كافية.قم بتحليل البيانات ولاحظ اتجاه ثوابت الجهاز كدالة لدرجة الحرارة.حاول بناء نموذج رياضي لوصف هذه العلاقة، مثل الانحدار الخطي، أو تركيب كثير الحدود، وما إلى ذلك.استخدم هذا النموذج للتنبؤ بثوابت الجهاز عند درجات حرارة مختلفة، وربما تطوير طرق للتعويض عن تأثيرات درجة الحرارة.قد يبدو النموذج الرياضي على النحو التالي:K(T) = a + b × T + c × T^2 + …ومن بينها، K(T) هو ثابت الجهاز عند درجة الحرارة T، و a و b و c وما إلى ذلك هي المعاملات التي يجب ضبطها.يُعد هذا النوع من الأبحاث ذا أهمية كبيرة لتحسين أداء جهاز قياس الزوايا الدوارة في ظل ظروف بيئية مختلفة.تجدر الإشارة إلى أن أساليب البحث المحددة والنماذج الرياضية قد تختلف تبعاً لنماذج الأجهزة المحددة وسيناريوهات التطبيق.لخصيُعدّ قانون انحراف ثابت الجهاز مع درجة الحرارة في جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي ظاهرةً معقدة، تتضمن تفاعل مكونات وأنظمة متعددة داخل الجهاز. ويشير ثابت الجهاز إلى القيمة المرجعية للقياس في جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي في ظل ظروف محددة. وهو أمر بالغ الأهمية لضمان دقة القياس واستقراره.تؤدي تغيرات درجة الحرارة إلى انحراف ثوابت الجهاز، ويعود ذلك أساسًا إلى أن الاختلافات في معاملات التمدد الحراري للمواد تُحدث تغييرات في بنية الجهاز، كما أن أداء المكونات الإلكترونية يتغير بتغير درجة الحرارة. غالبًا ما يكون نمط هذا الانحراف غير خطي لأن المواد والمكونات المختلفة تستجيب بشكل مختلف لدرجة الحرارة.لدراسة تغير ثوابت جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي مع تغير درجة الحرارة، عادةً ما يتطلب الأمر سلسلة من التجارب وتحليل البيانات. يشمل ذلك معايرة الجهاز وقياسه عند درجات حرارة مختلفة، وتسجيل التغيرات في ثوابت الجهاز، وتحليل العلاقة بين درجة الحرارة وثوابت الجهاز.من خلال تحليل البيانات التجريبية، يمكن تحديد اتجاه تغير ثوابت الجهاز مع درجة الحرارة، ويمكن محاولة وضع نموذج رياضي لوصف هذه العلاقة. يمكن أن تستند هذه النماذج إلى الانحدار الخطي، أو مطابقة كثيرات الحدود، أو غيرها من الأساليب الإحصائية، وتُستخدم للتنبؤ بالانحراف في ثوابت الجهاز عند درجات حرارة مختلفة والتعويض عنه.يُعدّ فهم تغير ثوابت جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي مع تغير درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين دقة القياس واستقراره. ومن خلال اتخاذ تدابير تعويضية مناسبة، مثل التحكم في درجة الحرارة والمعايرة ومعالجة البيانات، يمكن تقليل تأثير درجة الحرارة على ثوابت الجهاز، وبالتالي تحسين أداء قياس جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي.تجدر الإشارة إلى أن قواعد الانحراف المحددة وطرق التعويض قد تختلف باختلاف طرازات أجهزة قياس الزوايا الجيروسكوبية وسيناريوهات التطبيق. لذا، في التطبيقات العملية، يجب دراسة التدابير المناسبة وتطبيقها وفقًا للظروف الخاصة بكل حالة.تتضمن دراسة نمط انحراف ثوابت جهاز قياس الزوايا الدوراني مع درجة الحرارة عادةً مراقبة وتحليل أداء الجهاز في ظل ظروف درجات حرارة مختلفة.يهدف هذا البحث إلى فهم كيفية تأثير التغيرات في درجة الحرارة على ثوابت جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي، وربما إيجاد طريقة للتعويض عن تأثير درجة الحرارة هذا أو تصحيحه.تشير الثوابت الآلية عمومًا إلى الخصائص الذاتية للجهاز في ظل ظروف محددة، مثل درجة الحرارة القياسية. بالنسبة لجهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي، قد ترتبط الثوابت الآلية بدقة القياس، والاستقرار، وما إلى ذلك.عندما تتغير درجة الحرارة المحيطة، قد تتغير خصائص المواد والبنية الميكانيكية وما إلى ذلك داخل الجهاز، مما يؤثر على ثوابت الجهاز.لدراسة نمط الانجراف هذا، عادة ما تكون الخطوات التالية مطلوبة:اختر مجموعة من نقاط درجات الحرارة المختلفة لتغطية بيئات التشغيل التي قد يواجهها جهاز قياس الزوايا الجيروسكوبي.قم بإجراء قياسات اتجاهية متعددة عند كل نقطة درجة حرارة للحصول على عينات بيانات كافية.قم بتحليل البيانات ولاحظ اتجاه ثوابت الجهاز كدالة لدرجة الحرارة.حاول بناء نموذج رياضي لوصف هذه العلاقة، مثل الانحدار الخطي، أو تركيب كثير الحدود، وما إلى ذلك.استخدم هذا النموذج للتنبؤ بثوابت الجهاز عند درجات حرارة مختلفة، وربما تطوير طرق للتعويض عن تأثيرات درجة الحرارة.قد يبدو النموذج الرياضي على النحو التالي:K(T) = a + b × T + c × T^2 + …ومن بينها، K(T) هو ثابت الجهاز عند درجة الحرارة T، و a و b و c وما إلى ذلك هي المعاملات التي يجب ضبطها.يُعد هذا النوع من الأبحاث ذا أهمية كبيرة لتحسين أداء جهاز قياس الزوايا الدوارة في ظل ظروف بيئية مختلفة.تجدر الإشارة إلى أن أساليب البحث المحددة والنماذج الرياضية قد تختلف تبعاً لنماذج الأجهزة المحددة وسيناريوهات التطبيق. MG502جيروسكوب MEMS MG502  

النقاط الرئيسيةالمنتج: نظام تحديد الشمال في آبار الحفر باستخدام جيروسكوب MEMSالميزات الرئيسية:المكونات: تستخدم جيروسكوبات MEMS لتحديد الاتجاه نحو الشمال، وتتميز بحجمها الصغير وتكلفتها المنخفضة ومقاومتها العالية للصدمات.الوظيفة: تستخدم طريقة محسنة ثنائية الموضع (90 درجة و270 درجة) وتصحيح الوضع في الوقت الحقيقي لتحديد الشمال بدقة.التطبيقات: مُحسَّن لأنظمة الحفر في الآبار العميقة في البيئات تحت الأرضية المعقدة.دمج البيانات: يجمع بيانات الجيروسكوب مع تصحيحات الانحراف المغناطيسي المحلي لحساب الشمال الحقيقي، مما يضمن الملاحة الدقيقة أثناء الحفر.الخلاصة: يوفر إمكانيات دقيقة وموثوقة ومستقلة لتحديد اتجاه الشمال، وهو مثالي لحفر الآبار والتطبيقات المماثلة.يُعدّ الجيروسكوب الجديد بتقنية MEMS نوعًا من الجيروسكوبات العطالية ذات بنية بسيطة، ويتميز بانخفاض تكلفته وصغر حجمه ومقاومته للاهتزازات والصدمات العالية. يستطيع هذا الجيروسكوب العطالي تحديد الشمال بشكل مستقل في جميع الأحوال الجوية دون قيود خارجية، كما يتميز بالسرعة والكفاءة والدقة العالية والعمل المتواصل. وبفضل مزايا الجيروسكوب بتقنية MEMS، يُعدّ هذا النوع مناسبًا جدًا لأنظمة تحديد الشمال في الآبار. تتناول هذه الورقة البحثية دراسة دمج البيانات المجزأة لنظام تحديد الشمال في الآبار باستخدام الجيروسكوب بتقنية MEMS. وسنستعرض فيما يلي نظام تحديد الشمال ثنائي الموضع المُحسّن، ومخطط دمج بيانات تحديد الشمال في الآبار باستخدام الجيروسكوب بتقنية MEMS، وكيفية تحديد قيمة تحديد الشمال.تحسين تحديد الشمال بوضعينتعتمد آلية تحديد الشمال الثابتة ثنائية الموضع عادةً على اختيار 0° و180° كموضعين ابتدائي ونهائي لتحديد الشمال. بعد إجراء تجارب متكررة، تم جمع بيانات السرعة الزاوية الناتجة عن الجيروسكوب، وحُسبت زاوية تحديد الشمال النهائية بدمجها مع خط العرض المحلي. اعتمدت التجربة طريقة الموضعين كل 10°، وجمعت بيانات 360° من القرص الدوار، بإجمالي 36 مجموعة بيانات. بعد حساب متوسط ​​كل مجموعة بيانات، عُرضت قيم الحل المقاسة في الشكل 1 أدناه.الشكل 1: منحنى مطابقة خرج الجيروسكوب من 0 إلى 360 درجةكما هو موضح في الشكل 1، فإن منحنى المطابقة الناتج هو منحنى جيب التمام، إلا أن البيانات التجريبية والزوايا لا تزال صغيرة، وتفتقر النتائج التجريبية إلى الدقة. أُجريت تجارب متكررة، ووُسِّعت زاوية الاكتساب إلى 0-660 درجة، وطُبِّقت طريقة الموضعين كل 10 درجات من 0 درجة، وعُرضت نتائج البيانات في الشكل 2. يُظهر الشكل اتجاه الصورة كمنحنى جيب التمام، مع وجود اختلافات واضحة في توزيع البيانات. عند قمة وقاع منحنى جيب التمام، يكون توزيع نقاط البيانات متناثرًا ودرجة المطابقة للمنحنى منخفضة، بينما في المنطقة ذات الميل الأعلى للمنحنى، تكون مطابقة نقاط البيانات للمنحنى أكثر وضوحًا.الشكل 2: منحنى مطابقة خرج الجيروسكوب عند موضعين 0~660 درجةبالنظر إلى العلاقة بين السمت وسعة خرج الجيروسكوب في الشكل 3، يتضح أن مطابقة البيانات تكون أفضل عند استخدام وضعيتي تحديد الشمال عند 90° و270°، مما يدل على سهولة ودقة تحديد زاوية الشمال في الاتجاه الشرقي الغربي. لذا، تم استخدام 90° و270°، بدلاً من 0° و180°، في هذه الدراسة كموضعين لاكتساب بيانات خرج الجيروسكوب لتحديد الشمال.الشكل 3: العلاقة بين السمت وسعة خرج الجيروسكوبجيروسكوب MEMS، انصهار البئر، تحديد الشمالعند استخدام جيروسكوب MEMS في نظام تحديد الشمال في الآبار، فإنه يواجه بيئة معقدة، وتتغير زاوية الميل أثناء حفر المثقاب، مما يجعل تحديد زاوية الشمال أكثر تعقيدًا. في هذا القسم، واستنادًا إلى تحسين مخطط تحديد الشمال ثنائي الوضعية المذكور في القسم السابق، نقترح طريقةً للحصول على زاوية الميل من خلال التحكم في الدوران وفقًا لبيانات الإخراج، ومن ثمّ حساب الزاوية المحصورة مع الشمال. يوضح الشكل 4 مخطط التدفق التفصيلي لهذه الطريقة.يتم إرسال بيانات جيروسكوب MEMS إلى الحاسوب الرئيسي عبر واجهة بيانات RS232. كما هو موضح في الشكل 4، بعد الحصول على زاوية الشمال الأولية من خلال تحديد اتجاه الشمال في الموضعين، تُنفذ الخطوة التالية من عملية الحفر. بعد تلقي تعليمات تحديد اتجاه الشمال، تتوقف عملية الحفر. تُجمع زاوية الوضعية الناتجة عن جيروسكوب MEMS وتُرسل إلى الحاسوب الرئيسي. يتم التحكم في دوران نظام تحديد اتجاه الشمال في البئر بناءً على معلومات زاوية الوضعية، ويتم ضبط زاوية الميل وزاوية الانحراف على الصفر. زاوية التوجيه في هذه اللحظة هي الزاوية بين المحور الحساس واتجاه الشمال المغناطيسي.في هذا المخطط، يمكن الحصول على الزاوية بين الجيروسكوب MEMS واتجاه الشمال الحقيقي في الوقت الحقيقي من خلال جمع معلومات زاوية الوضع.الشكل 4: مخطط انسيابي لإيجاد الشمال في فيوجنيتم تحديد قيمة البحث عن الشمالفي نظام تحديد الشمال المدمج، تم تطبيق عملية تحديد الشمال المحسّنة ثنائية المواضع على جيروسكوب MEMS. بعد إتمام عملية تحديد الشمال، تم الحصول على الموضع الشمالي الابتدائي، وتسجيل زاوية الاتجاه θ، وكانت حالة الوضعية الابتدائية (0,0,θ)، كما هو موضح في الشكل 5(أ). أثناء عملية الحفر، تتغير زاوية وضعية الجيروسكوب، ويتم ضبط زاوية الدوران وزاوية الميل بواسطة الطاولة الدوارة، كما هو موضح في الشكل 5(ب).كما هو موضح في الشكل 5(ب)، عند حفر المثقاب، يستقبل النظام معلومات زاوية الوضع من جهاز تحديد الوضع، ويحتاج إلى تحديد قيم زاوية الدوران γ' وزاوية الميل β'، ثم تدويرهما عبر نظام التحكم بالدوران حتى تصبحا صفرًا. في هذه الحالة، تكون بيانات زاوية الاتجاه الناتجة هي الزاوية بين المحور الحساس واتجاه الشمال المغناطيسي. يجب الحصول على الزاوية بين المحور الحساس واتجاه الشمال الحقيقي وفقًا للعلاقة بين الشمال المغناطيسي واتجاه الشمال الحقيقي، ويجب الحصول على زاوية الشمال الحقيقي من خلال دمج زاوية الانحراف المغناطيسي المحلي. الحل كما يلي:θ'=Φ-∆φفي الصيغة أعلاه، θ هي زاوية اتجاه الشمال الحقيقي و ∆φ هي زاوية الانحراف المغناطيسي المحلي، و Φ هي زاوية اتجاه الشمال المغناطيسي وزاوية لقمة الحفر.الشكل 5: تغيير زاوية الوضع الابتدائي ووضع الحفريتم تحديد قيمة البحث عن الشماليتناول هذا الفصل دراسة آلية تحديد الشمال باستخدام نظام تحديد الشمال تحت الأرض بواسطة جيروسكوب MEMS. وبناءً على آلية تحديد الشمال ثنائية الموضع، تم اقتراح آلية محسّنة لتحديد الشمال ثنائية الموضع، حيث تكون نقطتا البداية 90° و270°. ومع التطور المستمر لجيروسكوب MEMS، أصبح بإمكان جيروسكوب MEMS الباحث عن الشمال تحقيق تحديد مستقل للشمال، كما هو الحال في MG2-101، الذي يبلغ نطاق قياسه الديناميكي 100°/ثانية، ويعمل في بيئة تتراوح درجة حرارتها بين -40° و+85° مئوية، ويبلغ معدل عدم استقراره 0.1°/ساعة، ومعدل انحرافه العشوائي 0.005°/√ساعة.آمل أن تتمكن من فهم مخطط تحديد الشمال في الجيروسكوب الكهروميكانيكي الدقيق من خلال هذه المقالة، وأتطلع إلى مناقشة القضايا المهنية معك. MG502جيروسكوب MEMS MG502  

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