وبلاگ شرکت در مورد ADI ADXL377 3- محور شتاب سنج با خروجی ولتاژ مشروط سیگنال برای هواپیما بدون سرنشین

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. ADI را تامین و بازیافت می کندADXL377شتاب سنج سه محوره، دارای خروجی ولتاژ مشروط سیگنال، مناسب برای کاربردهای پهپاد.

ADIADXL377یک شتاب‌سنج MEMS سه محوره است که به‌طور خاص برای سناریوهای حرکتی با ضربه و پویایی بالا طراحی شده است و دارای یک مدار تهویه‌کننده سیگنال کاملاً یکپارچه است که مستقیماً سیگنال‌های ولتاژ آنالوگ استاندارد شده را خروجی می‌کند و نیاز به تقویت خارجی یا مدارهای فیلتر اضافی را از بین می‌برد. با مزایای اصلی آن یعنی محدوده اندازه گیری فوق العاده گسترده ± 200 گرم، مصرف انرژی کم، اندازه جمع و جور و پاسخ دهی بالا، کاملاً با نیازهای سنجش نگرش پویا و نظارت بر ضربه برخورد انواع مختلف پهپادها، از جمله مولتی روتورها، پهپادهای مسابقه ای و پهپادهای حسگر صنعتی، مناسب است و آن را به حسگر انتخابی در پهپادهای حفاظت حرکتی و ایمنی بالا تبدیل می کند.

I. ویژگی های کلیدی محصول و اصول عملیاتی

را ADXL377یک شتاب‌سنج خروجی آنالوگ سه محوره بسیار یکپارچه بر اساس فناوری سنسور MEMS (سیستم‌های میکرو-الکترو-مکانیکی) اثبات شده ADI است. می تواند به دقت سیگنال های شتاب دینامیکی، لرزش و شوک را در امتداد محورهای X، Y و Z تشخیص دهد. برخلاف شتاب‌سنج‌های استاندارد درجه مصرف‌کننده با محدوده اندازه‌گیری محدود، این شتاب‌سنج به‌طور خاص برای نظارت بر حرکت با اضافه بار بالا و پویایی بالا، حل کامل مسائلی مانند اشباع حسگر و از دست دادن داده‌ها در طول سناریوهایی شامل پرواز با سرعت بالا، شیرجه‌های سریع و تصادف‌های ناشی از برخورد طراحی شده است.

1.1 پارامترهای کلیدی سخت افزار

راADXL377دارای عملکرد سخت افزاری مناسب برای شرایط پرواز شدید پهپادها، با پارامترهای اصلی متناسب با الزامات نظارت دینامیکی هواپیماهای بدون سرنشین: محدوده اندازه گیری در مقیاس کامل ≥± 200 گرم، قادر به پوشش شتاب های اضافه بار فوق العاده بالا ناشی از مانورهای با سرعت بالا، سقوط در ارتفاع بالا و بدنه. بر روی یک منبع تغذیه 3.3 ولتی کار می کند که با مشخصات منبع تغذیه اصلی سیستم های کنترل پرواز هواپیماهای بدون سرنشین سازگار است. مصرف انرژی بسیار کم آن به طور موثری اتلاف انرژی از منبع تغذیه پهپاد را بدون تأثیر بر استقامت کلی پرواز کاهش می دهد. این سنسور دارای ویژگی های داخلی جبران دمایی با ثبات بالا است که منجر به حداقل رانش نقطه صفر در محیط های با دمای بالا و پایین می شود و آن را برای شرایط پیچیده پرواز در فضای باز مناسب می کند. علاوه بر این، این دستگاه کوچک، باریک و جمع و جور است و وزن بسیار سبکی دارد که به بار پهپاد اضافه نمی‌کند و نیازهای طراحی سبک وزن پهپادهای کوچک مسابقه‌ای و پهپادهای بازرسی میکرو را برآورده می‌کند.

1.2 تهویه سیگنال داخلی و مکانیزم خروجی ولتاژ

برخلاف شتاب‌سنج‌های معمولی که برای بهینه‌سازی سیگنال به تقویت‌کننده‌های عملیاتی خارجی و مدارهای فیلتر نیاز دارند،ADXL377مجموعه کاملی از مدارهای تهویه سیگنال با دقت بالا، یکپارچه در کارخانه، از جمله تقویت سیگنال، فیلتر نویز، تطبیق امپدانس و ماژول‌های تنظیم ولتاژ - یک مزیت کلیدی برای مناسب بودن آن در برنامه‌های پهپاد. سیگنال‌های حساس MEMS خام ضعیف جمع‌آوری‌شده توسط سنسور تحت کاهش نویز، تقویت و بهینه‌سازی شکل‌دهی سیگنال در تراشه قرار می‌گیرند و در نهایت سیگنال‌های ولتاژ آنالوگ خالص با خطی بودن بسیار بالا از طریق سه پایه XOUT، YOUT و ZOUT تولید می‌کنند.

ولتاژ خروجی آن یک رابطه خطی دقیق را نشان می دهد، با ولتاژ خروجی که دقیقاً با مقادیر شتاب سه محور مطابقت دارد. سیگنال عاری از اعوجاج و تأخیر است و به میکروکنترلر کنترل پرواز اجازه می دهد تا داده ها را مستقیماً از طریق درگاه نمونه برداری ADC بدون نیاز به پردازش سیگنال ثانویه بخواند. در عین حال، کاربران می توانند با اتصال یک خازن خارجی ساده، پهنای باند سیگنال را برای هر محور به صورت انعطاف پذیر پیکربندی کنند، با سناریوهای مختلف مانند نظارت دقیق برای پرواز پایدار هواپیماهای بدون سرنشین یا نظارت بر ضربه در حین مانورهای با سرعت بالا و در عین حال متعادل کردن دقت نظارت و سرعت پاسخ. طراحی جامع تهویه سیگنال روی تراشه مدارهای سخت افزاری کنترل پرواز پهپاد را به طور قابل توجهی ساده می کند و هزینه های کلی تحقیق و توسعه و احتمال خطا را کاهش می دهد.

II. مزایای اصلی برای سناریوهای کاربردی پهپاد

شتاب سنج های معمولی با محدوده اندازه گیری ± 16 گرم یا 32 ± گرم تنها برای تشخیص وضعیت پرواز پایدار معمولی در هواپیماهای بدون سرنشین کافی هستند. این شتاب‌سنج‌ها هنگام مواجهه با شرایط عملیاتی مانند غلت زدن با سرعت بالا، شیرجه‌ها و توقف‌های ناگهانی در هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه‌ای، یا سقوط در ارتفاع بالا و برخورد بدنه در هواپیماهای بدون سرنشین صنعتی، بسیار مستعد اشباع برد و خرابی داده‌ها هستند. با استفاده از مزایای عملکرد منحصر به فرد خود،ADXL377به طور خاص به نقاط درد مرتبط با نظارت بر پرواز پیشرفته و حفاظت ایمنی در پهپادها می پردازد. مزایای اصلی سازگاری آن به شرح زیر است:

2.1 محدوده اندازه گیری فوق العاده وسیع، از بین بردن اشباع داده ها در شرایط پویا بالا

مانورهای با سرعت بالا، برخورد در هوا و لحظه سقوط می‌توانند شتاب‌های لحظه‌ای با اضافه بار بالا بسیار فراتر از شتاب‌های پرواز معمولی ایجاد کنند. حسگرهای معمولی بلافاصله اشباع می شوند و از کار می افتند و در نتیجه قادر به گرفتن داده های حرکتی حیاتی نیستند. راADXL377از محدوده اندازه‌گیری فوق‌العاده بالای 200 گرم پشتیبانی می‌کند و این امکان را به آن می‌دهد تا تغییرات شتاب دینامیکی را در طول شرایط پروازی شدید و برخوردهای ضربه‌ای، بدون از دست دادن داده یا اعوجاج سیگنال، به طور کامل ثبت کند. این پشتیبانی اطلاعات جامعی را برای تصحیح وضعیت کنترل پرواز، تجزیه و تحلیل خطا و بررسی سقوط فراهم می کند.

2.2 خروجی آنالوگ شرطی سیگنال بومی، سازگار با نمونه برداری سریع توسط کنترلرهای پرواز

خروجی سیگنال ولتاژ استاندارد شده توسط مدار تهویه سیگنال داخلی مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر نویز منبع تغذیه و تداخل الکترومغناطیسی موتورها ارائه می‌کند و آن را برای محیط پیچیده الکترومغناطیسی عملیات هواپیماهای بدون سرنشین چند موتوره مناسب می‌کند. سیگنال خروجی دارای زمان پاسخ سریع و تأخیر بسیار کم است که امکان بازخورد بلادرنگ ارتعاشات ظریف بدنه هواپیما، انحرافات نگرش و ضربه های آنی را فراهم می کند. این الزامات سیستم کنترل پرواز پهپاد را برای محاسبه موقعیت با فرکانس بالا و تصحیح نگرش در زمان واقعی برآورده می کند و به طور موثر ثبات پرواز و دقت کنترل را افزایش می دهد. در عین حال، روش خروجی مینیمالیستی به طور قابل توجهی پیچیدگی توسعه برنامه کنترل پرواز را کاهش می دهد و نیاز به الگوریتم های پیچیده فیلتر سیگنال را از بین می برد.

2.3 طراحی سبک و کم مصرف، مناسب برای یکپارچه سازی سیستم پهپاد

راADXL377از یک بسته مینیاتوری و بسیار نازک استفاده می کند که کمترین فضای را در برد کنترل پرواز اشغال می کند. وزن آن ناچیز است، به این معنی که بر ظرفیت حمل بار یا مانور پهپاد تأثیری نمی گذارد، و آن را کاملاً با نیازهای طراحی سبک وزن میکرو پهپادها و هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه ای مناسب می کند. مصرف انرژی بسیار کم آن به طور موثری اتلاف نیرو را در سیستم داخل هواپیما کاهش می دهد و هیچ بار اضافی بر دوام پرواز پهپاد وارد نمی کند و بنابراین برای بازرسی صنعتی و بررسی پهپادهایی که در مدت زمان طولانی کار می کنند مناسب است.

2.4 سازگاری با محیط زیست بالا، عملکرد پایدار برای پرواز در فضای باز

این سنسور دارای ثبات دمایی عالی و مقاومت در برابر تداخل ارتعاش است و عملکرد با دقت بالا را در شرایط پیچیده مانند دماهای شدید، ارتعاشات در فضای باز و تلاطم هوا حفظ می کند. این به طور موثر از جابجایی داده های نگرش و از دست دادن کنترل پرواز ناشی از تداخل محیطی جلوگیری می کند و به طور قابل توجهی قابلیت اطمینان و ایمنی عملیات هواپیماهای بدون سرنشین در فضای باز را افزایش می دهد.

III. سناریوهای کاربردی معمولی برای هواپیماهای بدون سرنشین

با بهره گیری از ویژگی های تهویه و خروجی سیگنال با برد بالا، واکنش بالا و پایداری بالا،ADXL377می تواند به طور گسترده ای در سیستم های نظارتی اصلی هواپیماهای بدون سرنشین مختلف درجه مصرف کننده، درجه صنعتی و مسابقه اعمال شود. سناریوهای کاربردی کلیدی سه حوزه اصلی را شامل می شوند: کنترل پرواز، حفاظت ایمنی و جمع آوری داده ها.

3.1 مانیتورینگ نگرش پویا برای هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه

هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه ای در درجه اول چرخش، شیرجه و پیچ های تند را با سرعت بالا انجام می دهند که منجر به تغییرات لحظه ای چشمگیر در شتاب می شود که سنسورهای معمولی قادر به ثبت دقیق آن نیستند. راADXL377محدوده اندازه گیری فوق العاده بالا این شرایط مانور شدید را به طور کامل پوشش می دهد. همراه با خروجی ولتاژ شرطی شده با پاسخ بالا، بازخورد بلادرنگ را در مورد تغییرات شتاب سه محور ارائه می دهد، به سیستم کنترل پرواز در انجام محاسبات وضعیت سرعت بالا، اصلاح دقیق وضعیت پرواز، و افزایش حساسیت کنترل و پایداری پرواز پهپادهای مسابقه کمک می کند.

3.2 تشخیص برخورد هواپیماهای بدون سرنشین و حفاظت از تصادف

طی بازرسی صنعتی و عملیات در فضای باز، هواپیماهای بدون سرنشین به ناچار در معرض حوادث ناگهانی مانند برخورد و سقوط از ارتفاع قرار می گیرند. راADXL377شتاب ضربه لحظه ای را در زمان واقعی نظارت می کند. هنگامی که سیگنال ضربه ای فراتر از آستانه تشخیص داده می شود، به سرعت مکانیسم های اضطراری کنترلر پرواز را فعال می کند و عملکردهای حفاظتی مانند قطع برق، استقرار چتر نجات و قفل وضعیت اضطراری را فعال می کند تا خطر آسیب سخت افزاری به پهپاد را به حداقل برساند. علاوه بر این، داده‌های ضربه جامع را می‌توان برای تجزیه و تحلیل خطای پس از حادثه مورد استفاده قرار داد، که امکان بهینه‌سازی مسیرهای پرواز و الگوریتم‌های کنترل را فراهم می‌کند.

3.3 نظارت بر ارتعاش و عیب یابی بدنه هواپیما

ناهنجاری‌ها در موتورهای هواپیماهای بدون سرنشین، فریم‌های شل و خطاهای پروانه همگی می‌توانند باعث ارتعاشات غیرعادی بدنه هواپیما شوند. ارتعاشات غیرعادی طولانی مدت ممکن است منجر به از دست دادن کنترل پرواز و آسیب به تجهیزات شود. راADXL377می تواند به دقت سیگنال های شتاب ارتعاش فرکانس بالا را از بدنه هواپیما بگیرد. از طریق داده‌های ولتاژ مطبوع و تمیز، به سیستم کنترل پرواز در تجزیه و تحلیل فرکانس و دامنه ارتعاش کمک می‌کند و امکان تشخیص بلادرنگ ایرادات سخت‌افزاری بدنه هواپیما و هشدار اولیه شرایط غیرعادی را فراهم می‌کند. این امر تعمیر و نگهداری پیش بینی شده برای پهپاد را تسهیل می کند، ایمنی عملیاتی را افزایش می دهد و عمر مفید تجهیزات را افزایش می دهد.

3.4 ثبت داده های حرکتی برای پهپادهای سطح بالا

برای تست تحقیقات علمی و سناریوهای اشکال زدایی تحقیق و توسعه پهپاد،ADXL377می تواند به طور جامع داده های شتاب پویا را در طیف کامل شرایط پرواز پهپاد ثبت کند - از پرواز ثابت معمولی تا بارهای بیش از حد ضربه ای - و اطمینان از داده های کامل و بدون تلفات. داده‌های استاندارد خروجی ولتاژ، جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و تحلیل را تسهیل می‌کند، پشتیبانی دقیق از داده‌ها را برای بهینه‌سازی الگوریتم‌های کنترل پرواز پهپاد، طراحی استحکام ساختاری بدنه هواپیما و ارتقای مقاومت ضربه‌ای را فراهم می‌کند.

IV. ملاحظات کلیدی برای طراحی سخت افزار کاربردی پهپاد

بر اساسADXL377ویژگی‌های تهویه سیگنال و شرایط عملیاتی پهپاد، طراحی سخت‌افزار را می‌توان با حداقل پیچیدگی اجرا کرد، به طور قابل‌توجهی مشکل توسعه را کاهش می‌دهد: سنسور از یک منبع تغذیه 3.3 ولتی استفاده می‌کند. هنگامی که با یک خازن فیلتر منبع تغذیه ساده جفت می شود، به طور موثری تداخل ناشی از نوسانات منبع تغذیه آنبرد را سرکوب می کند. پایه های خروجی سه محوره را می توان مستقیماً به رابط نمونه برداری ADC کنترلر پرواز MCU متصل کرد و نیاز به تقویت کننده های عملیاتی اضافی یا مدارهای فیلتر را از بین برد و طرح PCB را ساده کرد. بسته به الزامات سناریوی پرواز، پهنای باند سیگنال را می توان به طور انعطاف پذیر از طریق یک خازن خارجی تنظیم کرد: برای پایش پرواز پایدار، کاهش پهنای باند دقت را بهبود می بخشد، در حالی که برای نظارت بر ضربه با سرعت بالا، افزایش پهنای باند زمان پاسخگویی سریع را تضمین می کند. در حین نصب، سنسور باید نزدیک به مرکز ثقل پهپاد قرار گیرد تا خطاهای نصب مکانیکی به حداقل برسد و از صحت و صحت داده های شتاب جمع آوری شده اطمینان حاصل شود.

V. خلاصه

ADIADXL377شتاب‌سنج سه محوره، با مزایای اصلی خود در سیستم تهویه سیگنال تمام زنجیره داخلی، محدوده اندازه‌گیری فوق‌العاده بالای 200 گرم، مصرف انرژی کم و طراحی سبک وزن، و خروجی ولتاژ آنالوگ با ایمنی بالا، کاستی‌های شتاب‌سنج‌های معمولی را هنگام استفاده در شرایط کاری بسیار پویا و با سرعت بالا به خوبی برطرف می‌کند. طراحی مینیمالیستی آن، که نیازی به مدار پردازش سیگنال خارجی ندارد، با الزامات تحقیق و توسعه برای پهپادهای فشرده، سبک و بسیار قابل اعتماد مطابقت دارد. این به طور همزمان نیازهای سناریوهای مختلف، از جمله کنترل دقیق وضعیت، حفاظت ایمنی در برخورد، نظارت بر خطای ارتعاش و تجزیه و تحلیل داده‌های پرواز را برآورده می‌کند و آن را به راه‌حل سنجش با کارایی بالا ترجیحی برای پهپادهای مسابقه‌ای، پهپادهای صنعتی و پهپادهای تحقیقاتی و آزمایشی تبدیل می‌کند.