في أنظمة LRF المثبتة على المركبات ، غالبًا ما يؤدي تثبيت القصور الذاتي غير الكافي إلى اختلال ، وأداء النظام غير المستقر ، وأداء النظام المتدهور في ظل ظروف ديناميكية.
استنادًا إلى تجربة العالم الحقيقي ، تتفوق Fog Gyros على الأداء من حيث الاستقرار على المدى الطويل ، ومناعة الاهتزاز ، والمتانة الحرارية في تطبيقات LRF المثبتة على المركبات. لا تزال MEMS قابلة للحياة للمنصات المقيدة للمساحة أو الحساسة للميزانية ، ولكنها تتطلب تصميم تعويض دقيق.
إذا كنت هندسة للأداء تحت الحركة ، فإن هذه المفاضلة تستحق نظرة فاحصة.
جدول المحتويات
ماذا يفعل المستشعر بالقصور الذاتي في تثبيت LRF؟
في أنظمة RangeFinder الليزرية المستقرة ، توفر أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي بيانات معدل الزاوي اللازمة للحفاظ على اتساق خط الباحين مع تحرك النظام الأساسي. في مشاريعي ، يتم دمج هذه المستشعرات عادةً مع حلقة تحكم gimbal ، مما يتيح تصحيحات سريعة في الوقت الفعلي لمواجهة الملعب للمركبة ، وياو ، والاهتزاز.
بدون ردود فعل دقيقة وسريعة الاستجابة ، حتى LRF المتطورة سوف تنجرف خارج الهدف أثناء المنعطفات ، أو تغييرات التضاريس ، أو أحداث الارتداد-مما يؤدي إلى وقت ضائع ، أو دقة متدهورة ، أو تعقب الفشل في سيناريوهات المهمة.
كيف تعمل أجهزة استشعار MEMS وأجهزة استشعار الضباب؟
في تثبيت LRF المثبت على المركبات ، يؤثر مبدأ الاستشعار عن الجيروسكوب بشكل مباشر على استقرار النظام والدقة والموثوقية طويلة الأجل. يلخص الجدول أدناه الاختلافات الأساسية بين MEMS وتقنيات الضباب من منظور هندسي:
| ميمز جيروسكوب | جيروسكوب الضباب | |
|---|---|---|
| مبدأ الاستشعار | تهتز بنية السيليكون يكتشف تأثير كوريوليس | تأثير الملحمة: تحول المرحلة البصرية في الألياف ملفوفة |
| المتانة الميكانيكية | حساسة للصدمة والاهتزاز المطول | لا أجزاء متحركة مناعة اهتزاز ممتازة |
| أداء الانجراف | انحراف أعلى التحيز. عادة 1-3 درجة/ساعة | عدم استقرار التحيز المنخفض للغاية ؛ في كثير من الأحيان <0.1 درجة/ساعة |
| السلوك الحراري | عرضة للتغيرات الناجمة عن درجة الحرارة | مستقر عبر نطاقات حرارية واسعة |
| الحجم والقوة | عامل الشكل المدمج ؛ <1 w نموذجي | مساكن أكبر ؛ 2-5 واط القوة النموذجية |
| حالة الاستخدام الموصى بها | منصات حساسة للتكاليف ومحدودة الفضاء مع متطلبات ديناميكية معتدلة | استقرار عالي الأداء تحت حركة مستدامة واهتزاز |
ما هي مقاييس الأداء الرئيسية لتثبيت LRF؟
في تجربتي في تصميم وحدات بالقصور الذاتي للأنظمة الكهربائية المتنقلة ، فإن مقاييس الأداء الرئيسية التي تحدد ما إذا كان المستشعر مناسبًا لتثبيت LRF هو نفسه دائمًا: استقرار التحيز ، والمشي العشوائي الزاوي ، وعرض النطاق الترددي ، وتسامح الصدمة ، والمرونة الحرارية .
ولكن كيف تؤدي MEMS و FOG ضد هذه المعايير مختلفة تمامًا.
ملخص أداء MEMS
تعد MEMS Gyros مضغوطة وفعالة من حيث التكلفة ، ولكن في ظل الظروف الديناميكية ، يميل أدائها إلى التحلل بسبب الضوضاء والانجراف والحساسية الحرارية.
| متري | نطاق MEMS النموذجي | تأثير |
|---|---|---|
| عدم الاستقرار التحيز | 3-10 درجة/ساعة | خطأ في الإشارة التراكمي بمرور الوقت |
| المشي العشوائي الزاوي | 0.1-0.5 °/√Hr | تتبع صاخب في المقاييس الزمنية القصيرة |
| النطاق الترددي | 200-400 هرتز | قد تكافح تحت ديناميات تعتمد على الصدمة |
| التسامح مع الصدمة | 2000-8000 جم | بنية المستشعر البقاء على قيد الحياة تأثير ، ولكن تحيز الإشارة قد يتحول أو تشبع |
| نطاق درجة الحرارة | -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية | معرض الانجراف تحت تغييرات سريعة |
بالنسبة للمنصات المدمجة أو التكامل الحساس للتكاليف حيث يكون الاستقرار المعتدل مقبولًا ، قد يكون MEMS كافيًا-مع تكييف إشارة دقيق وإعادة ضبط منتظمة.
ملخص أداء الضباب
تم تصميم الجيرو الضباب للاستقرار في البيئات القاسية. تقدم بنيةها البصرية رفضًا فائقًا للضوضاء وموثوقية طويلة الأجل.
| متري | نطاق الضباب النموذجي | تأثير |
|---|---|---|
| عدم الاستقرار التحيز | 0.01-0.1 °/ساعة | تتبع مستقر على المدى الطويل |
| المشي العشوائي الزاوي | <0.01 درجة/√ساعة | ناعمة ، تثبيت ضوضاء منخفضة |
| النطاق الترددي | 200-1000 هرتز | استجابة سريعة تحت الأحمال الديناميكية |
| التسامح مع الصدمة | 1000-5000 غرام (قصير الأجل) | يحافظ على سلامة إشارة ثابتة تحت الصدمة الميكانيكية والاهتزاز |
| نطاق درجة الحرارة | -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية | الحد الأدنى من الانجراف حتى في المناخات القصوى |
قد تتسامح MEMS من أعلى أحمال صدمة الذروة من الناحية الهيكلية ، ولكن في كثير من الأحيان تجربة تدهور الإشارة. قد يتم تصنيف الضباب لانخفاض صدمة الذروة ، ولكن الحفاظ باستمرار على سلامة المخرجات تحت الضغط الميكانيكي الديناميكي.
الأداء تحت الاهتزاز والصدمة: منظور الاختبار الميداني
في المنصات المحمولة ، فإن الاهتزاز والتأثير ثابت ، وليس استثناءات. أثناء دوران البرج أو القيادة على الطرق الوعرة أو أحداث الارتداد ، تتعرض أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي لتسارع مفاجئ يمكن أن تتجاوز 3000-5000 جم.
ملاحظات من المشاريع الميدانية
- في اختبارات المركبات المتعددة المتعددة ، أظهرت MEMS Gyros انحرافًا محيطًا يمكن ملاحظته بعد أحداث الارتداد المتكررة ، وخاصة في درجات الحرارة المرتفعة.
- أظهرت الأنظمة المستندة إلى MEMS أيضًا انقطاعًا عرضيًا في بعض الأحيان أثناء التعرض لفترة طويلة من الاهتزاز ، مما يتطلب إعادة الصفر الدورية.
- في المقابل ، حافظت جيروسكوبات الضباب على سلامة الإخراج ، حتى بعد تحميل الصدمة المستمر واهتزاز التردد العالي.
التفسير الهندسي
| معايير | MEMS IMU | جيروسكوب الضباب |
|---|---|---|
| الرد على الصدمة | قد تحول التحيز. يتطلب التعويض | مناعة عالية إخراج مستقر |
| السلوك تحت الاهتزاز | تباين عامل المقياس المحتمل | الحد الأدنى من التأثير |
| الاستقرار الميكانيكي طويل الأجل | حساسة للتعب بمرور الوقت | لا ارتداء النظام البصري قوي بطبيعته |
توصية
إذا كان من المتوقع أن تواجه المنصة اهتزازًا مستمرًا ، أو صدمة قوية ، أو الرنين الهيكلي ، فإن الاستقرار القائم على الضباب أكثر موثوقية بشكل ملحوظ. يمكن استخدام أجهزة استشعار MEMS في الأنظمة الفرعية غير الحرجة ، ولكن ينبغي إقرانها مع خوارزميات تشخيصية للكشف عن تدهور الأداء.
ما هي التكنولوجيا التي تقدم أداءً أفضل للانجراف مع مرور الوقت؟
تخيل هذا:
يتم تثبيت نظامي تثبيت LRF متطابقة على منصة متنقلة. واحد يستخدم mems gyro. والآخر يستخدم ضباب من الدرجة التكتيكية. يتم تشغيل كلاهما في نفس الوقت. لا تصحيح GNSS. لا إعادة تعيين.
- بعد 10 دقائق ، يتتبع كلا النظامين بدقة.
- بعد 30 دقيقة ، تُظهر الوحدة المستندة إلى MEMS انجرافًا دقيقًا-بما يكفي فقط لتتطلب تصحيح البرامج.
- بعد 60 دقيقة ، جمع مستشعر MEMS عدة درجات من الاختلال. يكافح النظام للحفاظ على خط الرؤية المستقر.
- في هذه الأثناء ، يستمر نظام الضباب في العمل مع الانجراف القريب من الصفر ، مع الحفاظ على دقة الإشارة من الدرجة الفرعية دون تصحيح .
هذا ليس نظريًا - إنه ما لاحظته مرارًا وتكرارًا في تجارب المنصة الحية.
إذا احتاج نظامك إلى الركض بشكل مستمر ودقيق على فترات طويلة ، فإن الضباب هو المستشعر الذي يحمل أرضه .
الاستقرار الحراري: ماذا يحدث عندما تتحول درجة الحرارة؟
درجة الحرارة البيئية ليست ثابتة - خاصة في المنصات المحمولة. لقد اختبرت الأنظمة التي بدأت في 25 درجة مئوية وتسلق إلى أكثر من 60 درجة مئوية في ضوء الشمس المباشر. إليك ما يحدث عادة:
الأنظمة المستندة إلى MEMS
حتى التغيير ± 10 درجة مئوية يمكن أن يحول تحيز المستشعر بما فيه الكفاية للتسبب في انحراف ملحوظ في خط الرؤية. تشمل بعض المستشعرات منحنيات تعويض درجة الحرارة ، ولكن تحت تسخين سريع أو غير متساو ، غالبًا ما تتأخر التصحيحات أو تنخفض.
الأنظمة القائمة على الضباب
على النقيض من ذلك ، تبقى أكثر استقرارًا. إن بنيةها البصرية أقل حساسية بطبيعتها للتوسع الحراري ، وتتضمن العديد من الضباب التكتيكي من الدرجة التكتيكية التنظيم الحراري النشط أو عزل الملف-معايرة المعايرة عبر تقلبات واسعة المحيطة.
باختصار ، إذا كان نظامك يعمل في بيئات مع التعرض لأشعة الشمس أو نقع حرارة السيارة أو الصباح دون الصفر تليها بعد الظهر الدافئ ، فإن الضباب يمنحك مرونة أكبر بكثير في درجة الحرارة -مع عدم الحاجة إلى إعادة الصرور المتكررة أو تصحيح البرامج.
الحجم والوزن والقوة: ما هي المفاضلة؟
أجهزة استشعار MEMS صغيرة ، خفيفة ، وقطعة منخفضة . تتناسب معظم النماذج في عدد قليل من سنتيمترات مكعب ، وتزن أقل من 50 جرام ، وسحب أقل من 1W. هذا يجعلها مثالية للأنظمة المدمجة حيث تكون المساحة والطاقة محدودة.
أجهزة استشعار الضباب أكبر وأثقل ، وغالبًا ما تتراوح حجمها 10-15 سم ، ووزنها 300 إلى 500 جرام ، وتستهلك 3-5W من الطاقة. ولكن في المقابل ، فإنها توفر ثباتًا أفضل وانخفاض الانجراف - على وجه الخصوص في المنصات التي تهم الدقة أكثر من الحجم.
باختصار:
- استخدم MEMS عندما يكون الحجم والطاقة أمرًا بالغ الأهمية.
- استخدم الضباب عندما يكون الاستقرار والدقة أمرًا بالغ الأهمية.
التكلفة والصيانة: ما الذي تدفعه حقًا؟
أجهزة استشعار MEMS هي في متناول الجميع - غالبًا ما تكون بضع مئات من الدولارات لكل وحدة. لكنها تميل إلى أن تتطلب إعادة معايرة أكثر تكرارًا ، وترشيح إشارة أكثر تشددًا ، والحياة التشغيلية الأقصر ، وخاصة في البيئات الصعبة.
أجهزة استشعار الضباب أكثر تكلفة في البداية ، وأحيانًا عدة آلاف من الدولارات لكل وحدة. لكنها توفر الاستقرار على المدى الطويل ، والحد الأدنى من الصيانة ، وتصحيحات البرامج أقل ، وخاصة في الأنظمة الحرجة.
تبحث عن الحق؟ تحدث إلينا في Guidenav.
في Guidenav ، دعمنا العشرات من مشاريع تثبيت LRF عبر المنصات الأرضية ، والحمولة الكهربائية الضوئية ، والأنظمة المثبتة على gimbal. سواء كان تكاملك يتطلب عامل الشكل المدمج لـ MEMS التكتيكية IMU أو الأداء المستقر للغاية لجيروسكوب ضباب ، يمكننا مساعدتك في تحديد الملاءمة المناسبة-من الناحية الفنية والتشغيلية.
يمتد خط منتجاتنا من MEMS فعال من حيث التكلفة إلى ضباب من الدرجة التكتيكية مع الأداء المثبت في بيئات قاسية كثيفة الاهتزاز. نقدم أيضًا وثائق تقنية كاملة ، ودعم الواجهة ، وخيارات التخصيص للتطبيقات الدفاعية والصناعية.
