Наскоро научих, че компанията STMicroelectronics обяви триосен жироскоп A3G4250D, отговарят на строги стандарти за автомобилни приложения (AEC-Q100). Обещаната струва $ 6 за поръчки на 1000 къса. Клас разбираеми цени. Исках да сравните спецификациите на сензора с вековни модели на Analog Devices Inc. и други производители. Докато разбира с datashita установено, че характеристиките на паспорт, определени ADI и STM, например, неравномерно. По пътя си, да разберете от какво още папагали не трябва да сравняват сензори, т.е. което е най-сериозният проблем на микромеханика. В резултат на това включения материал поста, или може би две. Това е въведение. Сравнявайки а ла "[30 COP. Сноп] Vs. [Chugunnyi ос]" за съжаление не е удобно.
На принципите на работа на различните класове микро механични жироскопи и акселерометри да напиша една статия. Има няколко отделни видове / категории устройства. Без да навлизаме в подробности, можем да кажем грубо, както следва.
Сензорен елемент (SE) е микромеханична жироскопичен инерционна маса, фиксирана в корпуса чрез пружини (еластични конзоли полупроводникови т.н.). Този чувствителен маса се задвижва да се люлее на една от осите на сензора. Тази ос е оста на възбуждане (вход ос). По тази ос режим на работа се задава. Измерванията са направени на същата ос, перпендикулярна на нея (изход). Принципът на действие е, че по време на въртенето на тялото около своята ос измерване (също наречен ос чувствителност) в допълнение към чувствителния елемент по протежение на оста на колебание вход започва да се люлее и по протежение на третата, изхода. Ако някой знае какво Lissajous фигури. един лесно ще оцени, че CHE започва да се опише пространство в кръг (или елипса).
Така опростенчески бягане единична ос сензор. сензор гама две и три-ос на SE и измервателната система, както е фланкиран от друг суспензия система / m. Т.е. един монтаж CHE / суспензия / m (нека да бъде монтиран към оста X) е самата вибрационното ChE за други модули (напр. от OY), който е включен в модула за измерване на OZ. Възможно е, разбира се, и отделна система.
от микромеханика специалист в текста по-горе, ще бъде в състояние да намери достатъчно правилно. Написано груб и по-лесна справка. И това е написано, че плавен преход към описанието на един от най-сериозните проблеми на микромеханика, а именно чувствителност към линейно ускорение.
На теория осцилиращ ChE не трябва да се чувстват ускорение и не трябва да бъде напречни връзки (в случая на дву- или три-ос Datiko) с други оси чувствителност (MOS). Въпреки това, поради недостатъци на създаване на триизмерна структура в рамките на интегрална схема от теглото Че центрове изместен, остатъчните напрежения се появяват в материала, пружините имат различна еластичност и т.н. В резултат на това за ОХ SE започва да реагира на въздействието на OY, линейни ускорения започват да наруши показанията на жироскопа. Т.е. измерването се появява нарастване на ъгловата скорост, която всъщност е там (случаен дрейф).
Направи производство Jae идеал не е възможно (или не е препоръчително), така че при проектирането на сензори, има допълнителни елементи, необходими, за да се намали чувствителността към паразитни влияния споменати. Главно простота и дори отхвърляне от присъствието на паразитни въздействия елементи само различават евтини (до $ 10-15) сензори от сензори среда ($ 30-100) и горните ($ 100 +) ценови диапазони.
В един habrastatey обсъдихме въпроса незначителна реакция евтини жироскопи на паразитни ефекти (например тук). Ясно е, че не е необходимо за статично kvadrakoptera izgalyatsya. Но това е само демо единица да се използва при статични. БЛА е да се движат, динамичните характеристики са достойни. В противен случай, защо той да може да се използва? Да погледнем и това, което е на оградата?
За реакцията на вибрациите, които имат висок интензитет kvadrakopterah например, особено показателен не е необходимо. Всеки знае какво е то. Ето защо аз смятам, че въпросът за чувствителността на жироскопи до ускоряване и вибрации е много важно да се създаде движещ се обект с обичайните динамика.
Грешките на микро механични жироскопи
Първото нещо, което хваща окото Ви разработчиците фиш за датчиците, така наречените "нула стабилност". В крайна сметка, изглежда, че тази опция е в крайна сметка определя чувствителността на сензора, т.е. Минималният вход ефект, който се чувства сензор. Поради ниската стабилност на земята много модели MMG досега много хора вярват, че микро механични жироскопи (MMG) не се чувстват на Земята въртене. Има MMG модел като нула стабилност малко повече от 2 ° / час (Земята са известни върти със скорост 15 ° / час). На практика обаче, това не означава, че все пак ще бъде възможно да се измери на въртенето на Земята.
Каквото и да беше, разработчикът гледа стабилността на земята. Разбираемо е параметър показва, до каква степен нула сензора ще се колебае в лабораторни условия. Въпреки това, този параметър стабилност "сферичен кон във вакуум". В действителност, обявен стабилност няма. Защо? Да, защото има съдържа стабилност (твърде нестабилен) вследствие на вътрешни източници на грешка. При какви условия датчика ще работи производител не може да се предскаже как тези условия и причинил отклонение.
Има два подхода за борба с грешки: хардуер и алгоритмично (прочетете софтуер). Вторият подход включва добавянето на специални фърмуер BTSEVM софтуерни модули за коригиране на грешки, причинени от паразитни процеси. И този подход не се препоръчва като най-добрия. На първо място самия сензор трябва да се гасят шума. Централна мозъка трябва да се справи не търкане основната отломки, за довършителни работи и оценка за алгоритми на високо равнище (навигация, стабилизация, автоматика). Има най-различни методологически грешки. Те лесно се описва от някои формули, така че те са лесни за компенсиране на софтуера.
Защо всичко това? А фактът, че сензорите са правилно избрани, оптимално от гледна точка на отношението към характеристиките на цена точност. И тогава основните параметри на избор е вероятно да бъде чувствителността на жироскоп за линейно ускорение (G-чувствителност) и вибрации (g²-чувствителен). Защо са ключът е обяснено по-долу.
Нула температура хистерезис
MMG имат нулеви грешки, които варират в зависимост от температурата във вътрешността на корпуса. За да се извърши компенсация на температурата в MMG включен температурен сензор. Тяхната точност е много по-не е от значение, важно само повторяемост. Но с температурна компенсация е проблем - хистерезис. Хистерезис в този случай - е разликата между желаната стойност за корекция на определена температура на два пъти - когато устройството достигне тази температура и се охлажда в случай, когато това се нагрява до същата температура. Вижте. Таблицата по-долу.
Тази графика показва нула температура хистерезис за ADXRS453 MMG при промяна на температурата от 25 ° С до + 130 ° С, след това до -45 ° С и обратно до + 25 ° С Това хистерезис става независимо дали сензорът е активирана по време на колебанията в температурата или не. Освен хистерезис зависи от това колко широк диапазон от температурни промени.
Ситуацията се усложнява? Не, всъщност не. Като цяло, MMG не трябва да се използва за определяне на ъглите ориентация, без някаква външна референтна система, която позволява да възстановите акумулираната грешка на ниско ниво. Според същата система може да се определи и текущата нулевото начало. Така, термичната нула смяна и грешка мащаб фактор при нормална употреба може ефективно да компенсира (дори до някои малки ненулева стойност).
Грешки, дължащи се на вибрациите
Ако константата на дрейф и винаги в една посока - това е просто дума за грешен калибриране 0. 0 MultiWii ОПТ калибрира при всяко включване, но несъвършено (закръглена до), ако въведете поне десетият става много по-добре. Но в тази молба, жироскопа, дори осезаемо дрейф не е страшно, тъй като има референтен ориентация (компас и акселерометър), за която е коригирана.
Но се оказва, плаващите поради чувствителността към ускорения зависи от честотата, с която това ускорение се променя. По-долу са графики на MMG CRG20-01 на изходния сигнал (в парче доставя цена демо борда, ако не се лъжа, в района на $ 100-150 с доставка) от честотата на прилаганите промени за ускорение.
Графиката показва, че грешката на амплитудата на ускорението е независима. Но има една зависимост от честотата. И точно затова тази грешка не skompensiruesh (големи различия и сложни промени в кривата на чувствителността). Компенсира g²-чувствителност, ако тя е постоянна, че е лесно. Но пак, не всички производители в листа с данни показват графика за този вариант на. Предприемачът често е необходимо да се изгради тези графики експериментално. И често това се прави в областта на вече работи в работата на устройството.
Друг засада с корекция за акселерометри - фаза съвпадение. Като цяло, природни честотите на акселерометъра и жироскопа не съвпадат, и честотните характеристики като цяло. Ето защо, с различни честоти и вибрации ВМА MMG ще издава различен изход компенсира фаза по отношение на входните вибрации. В края на корекцията за акселерометър може да се увеличи! грешка, вместо да го гасене. Това ще се случи, ако разликата между отклоненията фаза на ВМА и MMG ще се доближава до стойността от 3,14 радиана (180 градуса).
В резултат на това, тъй като чувствителност на вибрации и ускорение варира значително дори в рамките на един и същ модел сензор или е прекалено голям, производителят просто не показват. Вярно е, трябва да се отбележи, е доста трудно да се провери чувствителността на сензора за вибрации. Проблемите са технически и методически характер.
За да се намали чувствителността на вибрации със сигурност може да се определи сензорите през гумената втулка. Но се уверете, че спирането имаше постоянни характеристики за разпространение на широк спектър от честоти, но все пак не ги променят много трудно да стареене.
По-долу е сравнение на грешки поради чувствителността към ускоряване и вибрации, когато не се използва грам-компенсация (C / S).
В следната таблица показва грешките, които остават дори след въвеждането на грам-компенсация (в г / сек).
Както може да се види, дори когато се прилага г компенсация на чувствителността към ускорения грешка все още може да бъде по-голям от грешката от термичната нестабилност на нула (вж. Графиката на хистерезис горе).
Написано по-горе показва, че не винаги е най-очевидният избор, както и точността е основният критерий за избор на сензори. "По силата на свещите винаги тъмно," - казва поговорката. Какво не са ясно описани във фиша или не са посочени може да играе важна роля за успеха на проекта. Можете да се съсредоточи върху стабилността на земята и промяна в шума, а в действителност те могат да бъдат преодолени чрез прости алгоритми (средно с течение на времето или с помощта на излишни мерни единици). Но несигурността на вибрации, както видяхме по-горе в CRG20-01 например, може да е трудно да се опише алгоритъм. За дълго време стабилност на нула е златен стандарт за избор на MMG. Въпреки това, на практика по-голямо въздействие върху точността може да бъде чувствителна към ускорения и вибрации.
заключение
Исках да направя една публикация, която се състои от две части - 1) Обосновка на критерия за сравнение и 2) Сравнение на работните характеристики на моделите на Analog Devices Inc. Silicon Sensing, SensoNor и STMicroelectronics. "Mnogabukv" Но това се е случило. Ако това е интересно, аз ще се опитам скоро да сравните с технически спецификации за сензорите, споменати фирми с обяснение на физическия смисъл на основните характеристики.
UPD: Фиксирана някои правописни грешки и граматически грешки.
Свързани статии