Doğru eylemsizlik sensörü nasıl seçilir?
Ataletsel bir navigasyon modülü veya uçuş kontrolörü yaparken yapılacak ilk şey cihazın seçimidir.Bu ilk ve önemli adımdır çünkü sadece donanım maliyeti ile değil, aynı zamanda nihai ürününüzün performansı ile de ilgilidir.
IMU, atalet referans çerçevesine göre belirli kuvvet ve açısal hızın üç boyutlu ölçümlerini gerçekleştirmek için birden fazla ivmeölçer ve jiroskopu birleştiren entegre bir sensör paketidir. Bununla birlikte, son yıllarda, IMU terimi, tutum ve yön referans sistemi (AHRS) ve INS dahil olmak üzere çeşitli eylemsizlik sistemlerini tanımlamak için kullanılan toplu bir terim haline geldi. IMU'nun kendisi herhangi bir navigasyon çözümü sağlamaz (konum, hız, tutum). INS, navigasyon çözümleri sağlamak için dahili IMU ölçümünü entegre eder.
Normal koşullar altında, eylemsizlik sensörleri aşağıdaki üç performans kategorisine ayrılabilir.
Navigasyon dereceli ve seyrüsefer dereceli atalet navigasyon sistemleri: büyük, doğru ve pahalı
Deniz seviyesinde atalet navigasyon sistemi, gemilerde, denizaltılarda ve bazen de uzay araçlarında kullanılan en yüksek seviyeli ticari sensördür. Sistem, 1,8 km / gün'den daha az sapma ile yardımsız bir navigasyon çözümü sağlayabilir. Bu sensörlerin maliyeti 1 milyon dolara kadar çıkıyor.
Seyrüsefer dereceli eylemsiz seyrüsefer sistemlerinin performansı, deniz seviyesinde atalet seyrüsefer sistemlerinden biraz daha düşüktür ve genellikle ticari yolcu uçakları ve askeri uçaklarda kullanılır. Sürüklenmesi 1,5 km / saatten daha az ve fiyatı 100.000 $ 'a kadar çıkıyor.
Taktik ve endüstriyel sınıf atalet sensörleri: ana kuvvet uygulamaları için yüksek değer
Taktik ve endüstriyel sınıf sensörler, çeşitli performans ve maliyet durumlarını çözebilen bu üç sensör türünden en çeşitli olanıdır ve pazar fırsatları çok büyüktür. Bu kategori, otomatik çim biçme makineleri, dağıtım robotları, insansız hava araçları, tarım robotları, mobil endüstriyel robotlar ve otonom gemiler gibi yüksek performanslı verilerin daha düşük maliyetle elde edilmesini gerektiren birçok uygulamada kullanılır. Maliyet daha düşük olmasına rağmen, alıcıların doğruluk, performans, boyut ve kalite için ödeme yapması gerekir.
Otomotiv ve tüketici sensörleri: emtia uygulamaları
Ticari pazarda, en düşük IMU sınıfı otomotiv sınıfı olarak adlandırılır. Bu sensörler genellikle ayrı ivmeölçerler veya jiroskoplar olarak satılır. Birçok şirket, bağımsız IMU birimleri oluşturmak için farklı üreticilerin çoklu ivmeölçerlerini ve jiroskoplarını birleştirmeye başladı. GPS gibi diğer navigasyon sistemleriyle entegre edildiğinde bile, otomotiv sınıfı IMU'lar eylemsiz navigasyon için kullanılacak kadar doğru değildir. Bu sensörler genellikle süspansiyon sistemlerinde, hava yastıklarında, kilitlenmeyi önleyici fren sistemlerinde, eğlence sistemlerinde ve diğer benzer uygulamalarda kullanılır. Bu, tüm sensörlerin en düşük maliyeti, her sensör yaklaşık 100 dolar.
Sensör cihazını özel olarak seçerken, aşağıdaki üç hususa dikkat etmek ve ardından ihtiyaçlara göre seçim yapmaktan başka bir şey değildir.
1. Sensörün doğruluk parametreleri
2. Sensörün fiyatı ve satın almanın kolay olup olmadığı
3. İlgili donanım tasarımı zorluğu
Jiroskop seçimi:
Jiroskobun seçim sürecinde daha fazla endişe duyan birkaç gösterge:
1. Aralık
Sensörü seçtiğimizde belirlememiz gereken ilk şey aralıktır! Seçtiğiniz sensör nedir? Genel uçuş kontrolü ve atalet navigasyon sistemi için 300 derece / sn, 450 derece / sn seçebilirsiniz.Diğerleri, bazı yüksek hassasiyetli platformlar gibi kendi kullanım senaryolarınıza göre seçilebilir Gerekli aralık ne kadar küçükse, doğruluk o kadar yüksek olur.
2. Önyargı kararlılığı
Sıfır ofseti, jiroskopun sıfır giriş durumundaki çıktısını ifade eder; bu, giriş açısal hızına eşdeğer olarak dönüştürülen uzun süreli çıktının ortalama değeriyle ifade edilir, yani, gözlemlenen değerin sıfır ofseti etrafındaki dağılma derecesi, örneğin, 0.005 derece / sn her İkincisi 0,005 derece kayacaktır. Sıfır giriş durumundaki uzun vadeli sabit durum çıkışı, kararlı bir rastgele süreçtir, yani, sabit durum çıkışı, geleneksel olarak sıfır önyargı olarak tanımlanan ortalama kare hatasıyla temsil edilen ortalama (sıfır yanlılık) etrafında dalgalanır ve dalgalanır. istikrar. İlk önyargı hatası statik bir hata olarak anlaşılabilir, zamanla dalgalanmayacaktır ve yazılımla kalibre edilebilir.
3. Ölçek faktörü (ölçek faktörü)
Jiroskop çıkışının giriş açısal hızına oranını ifade eder. Bu oran, düz bir çizginin belirli bir eğimi ile ifade edilir.Düz çizgi, en küçük kareler uydurma ile elde edilebilen ve yazılımla kalibre edilebilen tüm giriş açısal oran aralığında ölçülen giriş ve çıkış verilerine dayanır.
4. Açı rastgele yürüyüş
Jiroskop sıfır giriş durumundayken, düşen çıkış sinyali beyaz gürültünün üst üste binmesi ve yavaş değişen rastgele bir işlevdir. Yaygın rasgele işlevi, sıfır ofset ve sıfır ofset kararlılık göstergelerini belirlemek için kullanılabilir Beyaz gürültü, birim cinsinden (derece / sn / underHz veya derece / saat / Hz) algılama bant genişliğinin kare kökü altındaki eşdeğer dönme açısal hızının standart sapması olarak tanımlanır. Bu beyaz gürültü, derece / Hz birimindeki rastgele açı yürüme katsayısı ile de ifade edilebilir Rastgele yürüme katsayısı, zaman içinde beyaz gürültüyle biriken jiroskop çıkış hata katsayısını ifade eder. Dış koşullar temelde değişmediğinde, yukarıda analiz edilen çeşitli seslerin temel istatistiksel özelliklerinin zamanla değişmediği düşünülebilir.
5. Titreşim direnci
Jiroskobun performans parametreleri ile ilgili olarak, çoğu tasarımcının dikkat etmesi gereken ilk şey, önyargının kararlılığıdır.Bu, jiroskop spesifikasyonunun mutlak standardı olarak kabul edilmiştir.Ne de olsa, jiroskobun çözünürlüğünün alt sınırıdır. Jiroskobun performansını yansıtan en iyi göstergedir! Bununla birlikte, pratikte jiroskopta çeşitli nedenlerden dolayı hatalar olacaktır, bu da kullanıcının deneysel kılavuzda belirtilen indeks parametrelerini elde edememesine neden olacaktır. Aslında, sıfır ofset, ölçek faktörü, kareleme eksen hatası ve sıcaklık kayması gibi sonraki kalibrasyon algoritmasında birçok performans parametresi geliştirilebilir.
Bir jiroskop seçerken, en büyük hata kaynağını en aza indirmeyi düşünmeniz gerekir. Çoğu uygulamada titreşim hassasiyeti en büyük hata kaynağıdır. Diğer parametreler, birden çok sensörün kalibre edilmesi veya ortalamasının alınmasıyla kolayca iyileştirilebilir. Önyargı kararlılığı, hata bütçesinin en küçük bileşenlerinden biridir.
İdeal bir durumda, jiroskobun yalnızca dönme oranını ölçmesi gerekir, ancak pratik uygulamalarda, tüm jiroskopların belirli bir hızlanma duyarlılığı vardır.İvme duyarlılığının çeşitli dış belirtileri vardır.En önemlisi genellikle hizalamadır. Hızlanma (g duyarlılığı) veya titreşime duyarlılık (g2 duyarlılığı), Çoğu jiroskop, dünyanın 1g yerçekimi alanında hareket eden ve / veya dönen cihazlarda kullanıldığından, ivmeye duyarlılık genellikle en büyük hata kaynağıdır.
Çok düşük maliyetli jiroskoplar genellikle son derece basit ve kompakt mekanik sistem tasarımları kullanır ve titreşim önleme performansı optimize edilmemiştir (maliyet için optimize edilmiştir), bu nedenle titreşim ciddi etkilere neden olabilir. 1000 ° / h / g (veya 0.3 ° / s / g) üzerindeki g hassasiyetinin yüksek performanslı jiroskoplardan 10 kat daha kötü olması şaşırtıcı değildir! Bu jiroskop için önyargı kararlılığı iyi veya kötü değildir. Jiroskobun yerçekimi alanında hafifçe dönmesi durumunda, g ve g2'nin duyarlılığından dolayı çok büyük hatalar meydana gelmesi ne kadar önemlidir. Genel olarak konuşursak, bu tür jiroskop titreşim hassasiyetini belirtmez - varsayılan değer çok büyüktür.
Elbette, bazı pratik uygulamalarda, birçok kişi cihaza mekanik bir titreşim önleyici parça ekleyecektir.Titreşim önleyici parçanın tasarımı basit bir mesele değildir, çünkü geniş bir frekans aralığındaki tepkisi düz değildir. Özellikle zayıftır ve şok emme özellikleri sıcaklık ve kullanım süresi ile değişecektir.
Bu nedenle çoğu uygulamada jiroskobun titreşim direnci çok kritik bir göstergedir.
İvmeölçer seçimi:
İvmeölçerler hızlanma, eğilme, titreşim veya şoku ölçebilir, bu nedenle giyilebilir fitness cihazlarından endüstriyel platform stabilizasyon sistemlerine kadar çok çeşitli uygulamalar için uygundur.Piyasada seçim yapabileceğiniz yüzlerce ivmeölçer vardır ve bunların maliyetleri ve performansları farklılık gösterir. . İvmeölçerler henüz endüstride belirli endüstri tanımı standartları vermemiştir.
Akselerometre seçiminde dikkat edilmesi gereken çeşitli parametreler şunlardır: Menzil, gürültü yoğunluğu, rastgele yürüyüş, harekette önyargı kararlılığı, bant genişliği Bu parametreler bir jiroskobunkilere benzer.
Sensörleri seçerken genellikle tüketici sınıfı ve endüstriyel sınıf gibi sözcükler görürüz. Tüketici sınıfı ivmeölçerler ile IMU'ya entegre orta düzey endüstriyel sınıf ivmeölçerler arasındaki temel fark aşağıdaki örneğe başvurabilir:
Endüstriyel sınıf MEMS cihazları, bilinen tüm potansiyel hata kaynaklarının kapsamlı bir ölçümünü gerçekleştirmiştir ve doğruluk, tüketici sınıfından daha büyük bir mertebeden fazladır.
Makale referansı:
"Doğru eylemsizlik sensörü nasıl seçilir": eylemsizlik penceresi
"Eylemsizlik sensörlerini seçin (jiroskoplar, ivmeölçerler)", yazan: Buddha soğuk sattı
