وبلاگ شرکت در مورد شتاب‌سنج‌های MEMS سه‌محوره ADI ADXL357 با نویز کم و درفت کم و خروجی دیجیتال برای پهپاد

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. ADI را تامین و بازیافت می کندADXL357شتاب‌سنج سه محوره MEMS با نویز کم، کم رانش، با خروجی دیجیتال، مناسب برای کاربردهای پهپاد.

ADIADXL357یک شتاب‌سنج سه محوره MEMS است که برای کاربردهای صنعتی و هوافضا با دقت بالا طراحی شده است. این پهپاد با چگالی کم نویز پیشرو در صنعت، رانش بسیار کم، پایداری طولانی مدت و معماری خروجی دیجیتال بومی، برای شناسایی پرواز پویا، نظارت بر وضعیت و پارامترهای حرکتی مورد نیاز پهپادهای مولتی روتور، بال ثابت و عمودی برخاستن و فرود (VTOL) کاملاً مناسب است، و آن را به سیستم‌های ناوبری هسته‌ای ترجیح داده شده نسبت به میله‌ای با پایان بالا تبدیل می‌کند.

I. موقعیت هسته و ویژگی های اساسیADXL357

راADXL357یک شتاب‌سنج MEMS سه محوره با خروجی دیجیتال از سری ADXL35x ADI است که برای اندازه‌گیری با دقت بالا طراحی شده است. بر خلاف ADXL356 خروجی آنالوگ در همان سری، این دستگاه یک واحد پردازش سیگنال دیجیتال کامل را ادغام می کند، که نیاز به تراشه ADC خارجی را از بین می برد و خروجی مستقیم داده های اندازه گیری دیجیتال را امکان پذیر می کند. این به طور قابل توجهی طراحی مدار سخت افزاری پهپادها را ساده می کند و در عین حال مصرف برق سیستم و خطر تداخل سیگنال را کاهش می دهد. راADXL357چهار مزیت کلیدی را ترکیب می کند: نویز کم، رانش کم نقطه صفر، مصرف انرژی کم و پایداری بالا. این به نقاط درد مرتبط با شتاب‌سنج‌های سنتی MEMS در شرایط عملیاتی پیچیده پهپادها می‌پردازد، مانند سطوح بالای نویز، تغییر دمای شدید، عدم دقت اندازه‌گیری طولانی‌مدت و حساسیت به تداخل ارتعاش.

راADXL357چندین محدوده اندازه گیری قابل برنامه ریزی را با سه گزینه پیش فرض پشتیبانی می کند: ±10.24g، ±20.48g و ±40.96g. این می‌تواند الزامات اندازه‌گیری شتاب را در سناریوهای مختلف، از جمله تشخیص وضعیت با سرعت پایین برای پهپادهای کوچک درجه یک مصرف‌کننده، پرواز قابل مانور با سرعت بالا برای پهپادهای درجه صنعتی، و شرایط عملیاتی ناهموار برای پهپادهای با بار سنگین، ارائه دهد که پیکربندی برد انعطاف‌پذیر و سازگاری استثنایی را ارائه می‌دهد. همچنین دارای یک معماری داخلی و بهینه سازی شده سرکوب لرزش با قابلیت های عالی رفع خطای تصحیح ارتعاش است که تداوم و دقت داده های اندازه گیری را حتی در شرایط دینامیکی سخت مانند ارتعاشات با فرکانس بالا و اختلالات جریان هوا که توسط پهپادها تجربه می شود، تضمین می کند.

II. مزایای فنی اصلیADXL357

1. تراکم صدای بسیار کم، ضبط دقیق تغییرات نگرش دقیق را تضمین می کند

تنظیمات میکرو در حین شناور پهپاد، عملیات دقیق در ارتفاعات پایین، و پرواز دقیق در مسیرهای از پیش تعریف شده، نیاز به حسگرهایی برای ثبت تغییرات دقیق نگرش دارند. شتاب‌سنج‌های معمولی به دلیل نویز بیش از حد مستعد لرزش اطلاعات هستند که منجر به اصلاحات مکرر توسط سیستم کنترل پرواز و نوسانات بدنه می‌شود. راADXL357دارای ویژگی های کم نویز پیشرو در صنعت، با چگالی نویز تنها 80 میکروگرم بر هرتز در حالت برد بالا، با عملکرد نویز حتی بهتر در شرایط استاتیک و سرعت پایین. این می تواند زوایای شیب دقیقه و تغییرات ظریف در شتاب را به دقت تشخیص دهد، به طور قابل توجهی نرمی محاسبات نگرش را افزایش می دهد و در عین حال مسائلی مانند لرزش پرواز و رانش موقعیت را حذف می کند، و آن را برای سناریوهای شناور با دقت بالا و کروز با سرعت پایین برای پهپادها مناسب می کند.

2. ویژگی های رانش بسیار کم، کاهش اتکا به کالیبراسیون

محیط‌های پرواز پهپاد طیف گسترده‌ای از تغییرات دما را تجربه می‌کنند، از شرایط دمای پایین در ارتفاعات بالا تا سناریوهای عملیاتی با دمای بالا روی زمین. نوسانات دما به راحتی می تواند باعث رانش نقطه صفر در شتاب سنج های استاندارد شود و منجر به تجمع خطاهای اندازه گیری شود. این امر مستلزم کالیبراسیون دستی مکرر است که بر راندمان عملیاتی و قابلیت اطمینان پرواز تأثیر می گذارد. راADXL357معماری جبرانی دمایی MEMS اختصاصی ADI را در خود جای داده است که به تغییر دمای بسیار کم 0 گرم با حداقل خطای رانش دما در کل محدوده دما دست می یابد. همچنین پایداری بلندمدت عالی را ارائه می‌کند، بدون دریفت نقطه صفر قابل توجه در طول کارکرد مداوم طولانی‌مدت. این ویژگی به طور قابل توجهی فرکانس کالیبراسیون مورد نیاز برای سیستم‌های کنترل پرواز پهپاد را کاهش می‌دهد، بار الگوریتم‌های جبران نرم‌افزاری را کاهش می‌دهد و دقت داده‌های وضعیت پرواز را در محدوده دمایی کامل و در طول کل مدت پرواز تضمین می‌کند و نیازهای عملیات پهپاد طولانی مدت را برآورده می‌کند.

3. خروجی دیجیتال بومی طراحی سیستم پهپاد را ساده می کند

راADXL357یک ماژول پردازش سیگنال دیجیتال با دقت بالا را ادغام می کند و از رابط های ارتباطی دیجیتال جهانی SPI و I²C پشتیبانی می کند. این به طور مستقیم داده‌های شتاب پردازش دیجیتالی را که فیلتر و کالیبره شده‌اند، خروجی می‌دهد و نیاز به مدارهای تهویه سیگنال خارجی مانند تقویت‌کننده‌های عملیاتی و ADC‌ها را از بین می‌برد. در مقایسه با سنسورهای دارای خروجی آنالوگ، این نه تنها ساختار سخت افزاری برد کنترل پرواز پهپاد را ساده می کند، ردپای PCB را کاهش می دهد و مصرف برق کلی واحد را کاهش می دهد، بلکه تداخل الکترومغناطیسی و مسائل مربوط به کاهش سیگنال را در هنگام انتقال سیگنال آنالوگ به طور کامل حذف می کند و در نتیجه پایداری و قابلیت اطمینان انتقال داده را افزایش می دهد. این با گرایش‌های طراحی به سمت پهپادهای کوچک‌تر، سبک‌تر و یکپارچه‌تر همسو می‌شود.

4. مقاومت در برابر لرزش و پایداری بالا، مناسب برای شرایط پیچیده پرواز

در طول پرواز پهپاد، اختلالات پیچیده ای مانند ارتعاشات موتور با فرکانس بالا، ضربه های جریان هوا و تکان های برخاست/فرود وجود دارد. سنسورهای معمولی مستعد تحریف داده ها و نوسانات اندازه گیری هستند. راADXL357برای قابلیت اطمینان درجه صنعتی بهینه شده است و دارای عملکرد عالی مقاوم در برابر لرزش است که به طور موثر خطاهای اندازه گیری ناشی از ارتعاشات پرواز را سرکوب می کند. تکرارپذیری و پایداری داده آن بسیار بیشتر از حسگرهای استاندارد درجه مصرف کننده است. علاوه بر این، با پهنای باند عملیاتی تا 1 کیلوهرتز، دستگاه دقیقاً نیازهای پاسخ پویای پهپادها را در حین مانورهای پرسرعت، چرخش سریع و تغییرات سریع نگرش، بدون تاخیر داده یا اعوجاج پاسخ برآورده می‌کند.

5. طراحی کم مصرف برای برآوردن الزامات استقامت پهپاد

هواپیماهای بدون سرنشین الزامات سخت گیرانه ای را بر مدیریت مصرف انرژی کلی تحمیل می کنند و مصرف انرژی حسگر مستقیماً بر مدت زمان پرواز تأثیر می گذارد. راADXL357از معماری تراشه بسیار کم مصرف با مصرف انرژی بسیار کم بهره می برد. در حالی که عملکرد اندازه‌گیری با دقت بالا را تضمین می‌کند، هیچ بار اضافی بر سیستم منبع تغذیه پهپاد وارد نمی‌کند، و کاملاً الزامات طراحی استقامت کم پهپادهای درجه یک مصرف‌کننده و صنعتی را برآورده می‌کند و در نتیجه عملکرد و مدت پرواز را متعادل می‌کند.

III. پارامترهای کلیدی الکتریکی و عملکردیADXL357

برای برآورده کردن الزامات اندازه‌گیری اینرسی با دقت بالا در کاربردهای پهپاد، پارامترهای اصلیADXL357دقیقا بهینه شده اند. مشخصات کلیدی به شرح زیر است:

- محدوده اندازه گیری: سه گزینه قابل برنامه ریزی (±10.24g، ±20.48g، ±40.96g)، که تمام الزامات اندازه گیری شتاب پرواز پهپاد را پوشش می دهد.

- چگالی نویز: به طور معمول 80 میکروگرم/√Hz. نویز بسیار کم امکان تشخیص دقیق تغییرات نگرش ظریف را فراهم می کند

- رانش دما: جابجایی دمای حداقل نقطه صفر، خروجی با دقت بالا و پایدار را در کل محدوده دما تضمین می کند و هزینه های کالیبراسیون سیستم را کاهش می دهد.

- پهنای باند عملیاتی: 1 کیلوهرتز، مطابق با الزامات پاسخگویی سریع به تغییرات نگرش پویا پهپاد

- رابط های ارتباطی: رابط های دیجیتال استاندارد SPI و I²C، سازگار با واحدهای کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین اصلی

- دمای عملیاتی: طیف وسیع دمایی درجه صنعتی را پوشش می دهد، مناسب برای تغییرات دمایی پیچیده در محیط های بیرونی با ارتفاع بالا و پایین

- قابلیت اطمینان: مقاومت در برابر لرزش بالا و تکرارپذیری بالا، با عملکرد پایدار در طول عملیات مداوم طولانی مدت

IV. سناریوهای کاربردی اصلی برایADXL357در پهپادها

1. سیستم های تخمین نگرش و کنترل پرواز پهپاد

تخمین نگرش در پرواز خودران پهپاد مرکزی است. خروجی داده شتاب سه محوری با دقت بالا، کم نویز و بدون رانش توسطADXL357می تواند با داده های ژیروسکوپ و مغناطیس سنج ترکیب شود تا زوایای گام، چرخش و انحراف پهپاد را به طور دقیق محاسبه کند. این امر دقت کنترل سیستم کنترل پرواز را افزایش می‌دهد، شناور پایدار، مانور نرم و پرواز با سرعت ثابت را ممکن می‌سازد، در حالی که مسائلی مانند لرزش بدنه هواپیما و انحراف وضعیت را حذف می‌کند. برای عملیات پهپاد با دقت بالا مانند عکاسی هوایی، بازرسی و نقشه برداری مناسب است.

2. شناور ثابت و پرواز مسیر با دقت بالا

برای برآورده ساختن الزامات عملیات ثابت و گشت و گذار در مسیر ثابت حفاظت از محصولات زراعی، بازرسی و بررسی پهپادها،ADXL357با ویژگی های رانش بسیار کم خود، می تواند مراجع دقیق نگرش و موقعیت را برای دوره های طولانی حفظ کند. این امر از انحراف مسیر و رانش موقعیت ناشی از تجمع خطاهای حسگر جلوگیری می کند و به طور قابل توجهی دقت عملیاتی و سرعت تکمیل ماموریت پهپاد را بهبود می بخشد.

3. نظارت بر حرکت پویا و تشخیص عیب

در حین عملیات دینامیکی مانند مانورهای با سرعت بالا، صعودهای سریع، شیرجه ها و پیچ ها،ADXL357پهنای باند بالا و پاسخ دینامیکی بالا امکان ثبت دقیق تغییرات آنی در شتاب را فراهم می کند و نظارت بر زمان واقعی پویایی پرواز را تسهیل می کند. علاوه بر این، با تجزیه و تحلیل ناهنجاری‌ها در داده‌های شتاب، به شناسایی ایراداتی مانند لرزش غیرعادی موتور، شل شدن اجزای بدنه هواپیما و اضافه بار آیرودینامیکی کمک می‌کند و در نتیجه از داده‌ها برای ایمنی پرواز پهپاد و نظارت بر وضعیت پشتیبانی می‌کند.

4. پشتیبانی ناوبری اینرسی پهپاد درجه صنعتی

در محیط‌های پیچیده مانند داخل، دره‌ها و جنگل‌های انبوه که سیگنال‌های GPS در دسترس نیستند، پهپادها برای رسیدن به پرواز مستقل به ناوبری اینرسی متکی هستند. راADXL357تجمع خطای بسیار کم و پایداری اندازه گیری طولانی مدت به طور موثری خطاهای رانش موقعیت در ناوبری اینرسی را کاهش می دهد و در نتیجه قابلیت اطمینان پرواز خودگردان را در سناریوهای ناوبری بدون ماهواره افزایش می دهد. این به خوبی برای نیازهای ناوبری پهپادهای مورد استفاده برای بازرسی های صنعتی، شناسایی امنیتی و عملیات داخلی مناسب است.

V. خلاصه ای ازADXL357

در مقایسه با شتاب‌سنج‌های سنتی MEMS درجه مصرف‌کننده، ADIADXL357به طور جامع به نقاط درد صنعت در سناریوهای پرواز هواپیماهای بدون سرنشین، مانند نویز و لرزش، رانش ناشی از دما، تداخل لرزش، تجمع خطا و نیاز به کالیبراسیون مکرر می‌پردازد. ویژگی‌های کم نویز آن دقت بالایی را در تشخیص نگرش میکرو تضمین می‌کند، در حالی که ویژگی‌های رانش کم آن اندازه‌گیری پایدار طولانی‌مدت را ممکن می‌سازد. خروجی دیجیتال بومی طراحی سخت‌افزار را ساده‌تر می‌کند و پایداری سیستم را افزایش می‌دهد، در حالی که مقاومت در برابر لرزش بالا و محدوده دمایی وسیع، مناسب بودن را برای شرایط پیچیده پرواز تضمین می‌کند.

به لطف مزایای عملکرد جامع آن،ADXL357به جزء ارجح برای واحدهای اندازه گیری اینرسی (IMU) در پهپادهای مصرفی متوسط ​​تا پیشرفته، پهپادهای عملیاتی درجه صنعتی و پهپادهای شناسایی تخصصی تبدیل شده است. این به طور موثر پایداری پرواز پهپاد، دقت کنترل، قابلیت اطمینان عملیاتی و سازگاری محیطی را افزایش می‌دهد و پشتیبانی سخت‌افزاری قوی برای پرواز خودکار با دقت بالا و عملیات هوشمند فراهم می‌کند.