簡(jiǎn)介

　　中等精度導(dǎo)航系統(tǒng) (IMU), AHRS 和控制系統(tǒng)需要陀螺儀和加速度傳感器來(lái)預(yù)測(cè)在自由空間中的運(yùn)動(dòng)物體的位置。加速度傳感器被用于執(zhí)行初始調(diào)平和糾正在移動(dòng)中的陀螺漂移。

　　在此文章中，我們將比較目前正處在開發(fā)中的 Colibrys ±10g 加速度傳感器MS9010.D 和 RS9010.A 的主要參數(shù)，用以支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，并以此作為選擇最佳加速度傳感器的準(zhǔn)則。我們將對(duì)四個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行比較，它包括：零偏重復(fù)性，標(biāo)度因數(shù)，軸對(duì)準(zhǔn)性和振動(dòng)整流誤差。MS9010.D 的長(zhǎng)期零偏重復(fù)性小于5mg，通常 RS9010.A 樣品的第一次測(cè)量結(jié)果小于 1.5mg。MS9010.D 標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性可達(dá)到 400ppm。RS9010.A 更可達(dá)到150ppm。此外，RS9010.A 的振動(dòng)整流誤差有小于 100μg/g2的潛力。

　　考慮到不同類型的需求, Colibrys 為 AHRS 制造商提供了大量加速度傳感器的選擇, 從提供最佳性- 價(jià)比的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 MS9010.D 和MS9005.D 到將代表高性能系統(tǒng)最佳選擇的 RS9010.A 。也可提供±2g 和±200 克之間的各種量程g。

　　MS9100 產(chǎn)品，多 g 量程與穩(wěn)定性的結(jié)合

　　特點(diǎn)

　　量程從±1g 到 ±200g

　　長(zhǎng)期零偏穩(wěn)定性

　　低整流誤差

　　超小型20 引腳LCC 陶瓷氣密性封裝(8.9mm x 8.9mm)

　　適用于惡劣環(huán)境

　　小尺寸體積

　　符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，適用于無(wú)鉛焊接過(guò)程和SMD 安裝

　　選擇慣性加速度傳感器產(chǎn)品主要差異是零偏長(zhǎng)期穩(wěn)定性，標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性和軸對(duì)準(zhǔn)的可重復(fù)性。這些參數(shù)之所以重要是因?yàn)槿魏屋敵鲂盘?hào)的偏差將在集成過(guò)程中對(duì)定位造成 2 倍以上的誤差。對(duì)于一個(gè)以很快的加速度飛行幾分鐘的物體，這可能轉(zhuǎn)化為一個(gè)定位上的大誤差。而且，由于發(fā)動(dòng)機(jī)或其它來(lái)源的鄰近效應(yīng)，在加速度傳感器被安裝的環(huán)境周圍經(jīng)常會(huì)遇到一些振動(dòng)，這些振動(dòng)對(duì)于傳感器輸出信號(hào)的影響被稱為振動(dòng)整流誤差。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品對(duì)于外部振動(dòng)具有非常低的敏感性是最為重要的。

　　MS9010 加速度傳感器

　　多年以來(lái)，Colibrys 一直為中等精度導(dǎo)航系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)航姿系統(tǒng)(AHRS)的應(yīng)用提供產(chǎn)品，例如 MS8010.D, 以及最近的 MS9010.D 和 MS9005.D。

　　對(duì)于量程為±10g 的測(cè)量，它們總的長(zhǎng)期零偏穩(wěn)定性優(yōu)于 7.5mg，對(duì)于量程±5g，優(yōu)于 3.75mg，其標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性優(yōu)于 400ppm。圖 1 顯示了對(duì)于各種量程 MS9000.D 的一年零偏穩(wěn)定性的測(cè)量結(jié)果。該分析結(jié)果還包括：在 85°時(shí)進(jìn)行10天的加速老化實(shí)驗(yàn)，這對(duì)應(yīng)于 18 個(gè)月的標(biāo)準(zhǔn)壽命時(shí)間，以及對(duì)加速度傳感器為期 0.2 毫秒，1000g 的從六個(gè)方向進(jìn)行的沖擊。

　　MS9000 已經(jīng)展現(xiàn)了其出色的抗沖擊性能以及沖擊后優(yōu)異的穩(wěn)定性。這使得該產(chǎn)品可適應(yīng)于一些對(duì)抗沖擊性有很高要求的應(yīng)用中。我們也開發(fā)了抗震性高達(dá)20’000g 的專門解決方案 (HS8000 和 HS9000) 。

　　圖示 1: 零偏穩(wěn)定性包括在 85°, 1000g 撞擊下進(jìn)行10天的加速老化實(shí)驗(yàn)(相當(dāng)于18個(gè)月的標(biāo)準(zhǔn)壽命時(shí)間)，對(duì)于±2g到±100g 產(chǎn)品組合。

　　RS9010 加速度傳感器

　　為了應(yīng)對(duì)新的高端需求，Colibrys 目前正在開發(fā)一個(gè)新的技術(shù)平臺(tái)稱為IRIS™。它包括一個(gè)新穎的 MEMS 傳感元件，一個(gè)開環(huán) ASIC 和一個(gè)溫度傳感器，它們被安置在一個(gè)有 20 個(gè)引腳的標(biāo)準(zhǔn) LCC 封裝系統(tǒng)內(nèi)。RS9010.A 是被設(shè)計(jì)和制造以應(yīng)用于高精度、中等量程的航姿系統(tǒng) (AHRS) 。

　　圖示 2: MS9010.D (LCC20: 內(nèi)部和封蓋) 和 RS9010.A (LCC20 在評(píng)估板上).

　　IRIS™技術(shù)包含三個(gè)主要的改進(jìn)：新的 MEMS 傳感器設(shè)計(jì)，MEMS 組裝技術(shù)和電子接口的改進(jìn)。新型 MEMS 元件是專為獲得高零偏和高標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)的。這個(gè)設(shè)計(jì)是通過(guò)了解傳感元件的物理機(jī)械性能，分析造成漂移的機(jī)制，并設(shè)計(jì)能避免這個(gè)機(jī)制的傳感器而實(shí)現(xiàn)的。IRIS™采用最新的 MEMS 制造技術(shù)，如深層離子刻蝕技術(shù)(DRIE)和硅熔融鍵合技術(shù)(SFB)。這些技術(shù)保證了工藝的高度一致和可預(yù)測(cè)性，從而保證了高成品率和產(chǎn)品的可重復(fù)性

　　以下四張圖顯示了 RS9010.A 加速度傳感器的初步表現(xiàn)。我們可以看到，經(jīng)過(guò)沖擊和長(zhǎng)期老化后，所有的零偏漂移包括遲滯都優(yōu)于1.5mg， 且標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性優(yōu)于150ppm。此外，RS9010.A 的振動(dòng)整流誤差可比擬機(jī)電(Q-FLEX)規(guī)格。這些綜合性能使得 RS9010.A成為未來(lái)的高性能航姿系統(tǒng)的最佳候選產(chǎn)品之一。

　　圖 3: 剩余偏置隨溫度而變化(經(jīng)過(guò) 4 階多項(xiàng)式校正之后) 包括在 85℃下老化、并以 1000g 沖擊 10 天

　　圖 4: 剩余標(biāo)度因數(shù)隨溫度而變化 (經(jīng)過(guò) 2 階多項(xiàng)式校正之后) 包括溫度遲滯

　　圖 5: 在整個(gè)溫度范圍的軸偏穩(wěn)定性(經(jīng)過(guò)2 階多項(xiàng)式校正之后), 沖擊和加速老化

　　圖 6: 在20至500Hz和500至2000Hz頻率范圍，RS9010.A振動(dòng)整流誤差<100μg/g2。此圖形由37只不同的傳感器疊加而成

　　這幾張圖清楚地表明，相對(duì)于性能良好的MS9010.D產(chǎn)品，RS9010.A是一個(gè)真正的改進(jìn)。下圖進(jìn)一步表明了在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，RS9010.A 長(zhǎng)期溫度系數(shù)的性能有所改善。

　　這表明長(zhǎng)期穩(wěn)定性的提高。

　　結(jié)論

　　Colibrys公司一直為中等精度的導(dǎo)航系統(tǒng)(IMU)和AHRS 研發(fā)與提供不同的加速度傳感器設(shè)計(jì) 。

　　MS9010.D和MS9005.D具有約 5mg 的整體長(zhǎng)期偏置穩(wěn)定性，對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的航姿系統(tǒng)表現(xiàn)了最好的性價(jià)比。例如：它們被專用于小型飛機(jī)和飛機(jī)導(dǎo)航，備份解決方案或無(wú)人駕駛飛行器(UAV)的一般輔助。這也是在沖擊和振動(dòng)的惡劣環(huán)境應(yīng)用中的最佳解決方案。

　　無(wú)人機(jī)的例子

　　目前，新型的 RS9010.A 正在開發(fā)中，其總目標(biāo)是使長(zhǎng)期零偏重復(fù)性達(dá)到1.5mg, 它已經(jīng)顯示出了出色的振動(dòng)整流特性，在量程為10g時(shí)，其數(shù)值低于100μg/g2。這些性能證明：對(duì)于未來(lái)高精度航姿系統(tǒng)的應(yīng)用，如無(wú)人機(jī)，大型民用飛機(jī)，直升機(jī)和陸軍或海軍導(dǎo)航以及中等精度低g導(dǎo)航系統(tǒng)(IMU)，RS9010.A 都是最佳選擇之一。