МЭМС - гироскопы

Содержание

Слайд 2

Акселерометр и Гироскоп

Акселерометр и Ньютон F = m A

Акселерометр измеряет линейное ускорение
Гироскоп

Акселерометр и Гироскоп Акселерометр и Ньютон F = m A Акселерометр измеряет
измеряет угловое перемещение

y

z

x

xAcceleration

y

Acceleration

z

y

z

x

Roll

Pitch

Yaw

Acceleration
0

0

МЭМС акселерометр и гироскоп объединены в отдельный модуль -
IMU (Inertial Measurement Unit)

2

Гироскоп и Кориолис
F = - m V x Ω

Слайд 3

Применение

– Игровые консоли и смартфоны. – Стабилизация изображения в фото
и видеокамерах.  – Расширение GPS-решений (системы

Применение – Игровые консоли и смартфоны. – Стабилизация изображения в фото и
счисления пройденного пути).  – Системы управления движением в робототехнике.  – Стабилизация и контроль платформ промышленного оборудования.
– ВПК (ракеты, БПЛА, машины).
– Подслушивание разговоров

Слайд 4

Сравнение параметров инерциальных систем

КЛГ- кольцевые лазерные гироскопы
ВОГ – волоконно оптические гироскопы
МЭМС/ МОЭМС

Сравнение параметров инерциальных систем КЛГ- кольцевые лазерные гироскопы ВОГ – волоконно оптические
(НЭМС) – микро (опто) механические системы

Характеристики: 1-дрейф угловой скорости, º/час (гироскопы);
2- погрешность, mg (акселерометры)

Слайд 5

Варианты реализации

Варианты реализации

Слайд 6

А как сделать трехосевой?

А как сделать трехосевой?

Слайд 7

Варианты реализации

Варианты реализации

Слайд 8

Внутренняя структура гироскопа

Рыскание (Yaw) – вращение вокруг вертикальной оси
(ось Z)

Крен

Внутренняя структура гироскопа Рыскание (Yaw) – вращение вокруг вертикальной оси (ось Z)
(Roll) – вращение вокруг продольной оси (ось X)

Тангаж (Pich) – вращение вокруг поперечной оси
(ось Y)

Слайд 9

Информативные колебания гироскопа вдоль оси Y

Информативные колебания гироскопа вдоль оси X

Информативные колебания гироскопа вдоль оси Y Информативные колебания гироскопа вдоль оси X
и первичные колебания вдоль оси Z

Слайд 10

Как сделать гироскоп?

Как сделать гироскоп?

Слайд 14

Подвесы с сосредоточенными параметрами

Достоинства: высокая добротность колебательного контура и высокая жесткость по

Подвесы с сосредоточенными параметрами Достоинства: высокая добротность колебательного контура и высокая жесткость
паразитным степеням свободы, высокая чувствительность.
Недостатки: высокие требования к точности сведения резонансных частот

Достоинства: относительная простота и стабильность тех.процесса .
Недостатки: слабая устой- чивость к внешним возмущениям

L-L тип

R-R тип

Слайд 15

Недостатки: необходимость применения сборочных операций для закрепления инерционных масс, что значительно усложняет

Недостатки: необходимость применения сборочных операций для закрепления инерционных масс, что значительно усложняет
технологический процесс сборки и изготовления ММГ.

Слайд 21

Поняли как работает?

Тут наверно нужно что-то запустить (к примеру видео)

Поняли как работает? Тут наверно нужно что-то запустить (к примеру видео)

Слайд 22

Подвесы с распределенными параметрами

Достоинства: малая чувствительность к внешним возмущениям
Недостатки: высокие

Подвесы с распределенными параметрами Достоинства: малая чувствительность к внешним возмущениям Недостатки: высокие
требования к точности сведения резонансных частот

Достоинства: очень низкая чувствительность к внешним возмущениям (виброускорениям, перегрузкам, ударным ускорениям).
Недостатки: высокие требования к точности изготовления

Кольцевой

Камертонный

Слайд 23

Конструкция камертонного планарного гироскопа:
а) общий вид гироскопа,
б) «гребенчатый» вибропривод

Конструкция камертонного планарного гироскопа: а) общий вид гироскопа, б) «гребенчатый» вибропривод

Слайд 25

Конструкции с бесконтактными подвесами

Диск диаметром 500 мкм, подвешенный с использованием электромагнитных сил

Конструкции с бесконтактными подвесами Диск диаметром 500 мкм, подвешенный с использованием электромагнитных
подвеса.
Достигнутая максимальная скорость вращения диска в воздушной среде - 1040 об/мин.
Модификация существующей конструкции позволит достичь частоты вращения 10000 об/мин (около 1 кГц).
Не могут эксплуатироваться на объектах с ударами 10^2−10^4 g.

Слайд 26

Сравнение некоторых характеристик типов

Кольцевого типа

Сравнение некоторых характеристик типов Кольцевого типа

Слайд 27

Систематические погрешности

Систематические погрешности

Слайд 28

Систематические погрешности

Систематические погрешности

Слайд 29

Систематические погрешности

Систематические погрешности

Слайд 30

Случайные погрешности

Случайные погрешности

Слайд 31

Характеристики микрогироскопа

Случайная составляющая нулевого сигнала (в полосе 1Гц)

Характеристики микрогироскопа Случайная составляющая нулевого сигнала (в полосе 1Гц)

Слайд 32

Вариация Аллана типового ДУС серии ММГК (микромеханический волновой гироскоп кольцевого типа).
Нестабильность нуля

Вариация Аллана типового ДУС серии ММГК (микромеханический волновой гироскоп кольцевого типа). Нестабильность
составляет 3,5 град/ч.

Характеристики микрогироскопа

Слайд 33

Характеристики микрогироскопа

Стабильность нулевого сигнала гироскопа от включения к включению.
СКО за 20

Характеристики микрогироскопа Стабильность нулевого сигнала гироскопа от включения к включению. СКО за
включений: 0.0080 град/c.
Максимальная нестабильность за 20 включений: 0.03 град/c.

Слайд 34

Демпфер

Характеристики:
динамические
частотные

Демпфер Характеристики: динамические частотные

Слайд 35

Погрешности

при введении g-компенсации

Погрешности при введении g-компенсации

Слайд 36

Сравнение гироскопов

Сравнение гироскопов

Слайд 37

MEMS - расшифровка названий

Sensor Type
LIS or L: Linear Inertial Sensor AIS: Automotive Inertial

MEMS - расшифровка названий Sensor Type LIS or L: Linear Inertial Sensor
Sensor LPS: Linear Pressure Sensor LSM: Linear Sensor Module

Number of Axis
2: 2-Axis Accelerometer
3: 3-Axis Accelerometer
Y: Yaw Gyro
PR: Pitch /Roll Gyro
PY: Pitch/Yaw Gyro
YPR: Yaw/Pitch/Roll Gyro

Output
A: Analog
D: Digital

Package
L: LGA Q: QFN S: SO

Performance Level
H: High
M or _: Medium
F: Low

17

LSM 3 0 3 D L H C

Number of Gyro Axis
0: No gyroscope

Number of Magneto Axis
3: 3-Axis Magnetometer

Package size
_: Normal
C: Compact

Слайд 38

Гироскоп L3GD20

3-осевой цифровой гироскоп, цифровой SPI/I2C интерфейс
Высокое разрешение, 16 бит разрешение
Измерение вращения

Гироскоп L3GD20 3-осевой цифровой гироскоп, цифровой SPI/I2C интерфейс Высокое разрешение, 16 бит
по 3 шкалам: ±250°/с, ±500°/с и ±2000°/с
Power Down (5 мкA) и Sleep (2 мA) режимы
Interruption и Data Ready выходные линии

Высокая производительность:

Иммунитет к аудио и механическому шуму
Высокое разрешение/высокая температурная стабильность
Высокая шоковая устойчивость: 10 000g в течении 0.1мс

Дополнительные параметры:
4 Output Data Rates(ODR): 95, 190, 380, 760 Гц
8-бит выход температурного датчика, FIFO - буфер
Конфигурируемые фильтры низких и высоких частот
Функция самотестирования

Drive

Yaw sense

Pitch sense

Roll sense

Слайд 39

Гироскоп L3G3250A

3-Осевой Аналоговый Гироскоп
Иммунитет к аналоговому шуму и вибрациям
2 шкалы измерения: ±625°/с

Гироскоп L3G3250A 3-Осевой Аналоговый Гироскоп Иммунитет к аналоговому шуму и вибрациям 2
и ±2500°/с
Power down и Sleep режимы
Функция самотестирования
Заводская калибровка
Высокая чувствительность: 2 мВ/°/с при 625°/с
Встроенный фильтр нижних частот
Высокая температурная стабильность (0.08°/с/°C)
Высокое шоковое состояние: 10000g в течении 0.1 мс
Температурный диапазон от -40 до 85°C
Напряжение питания: 2.4 - 3.6В
Потребление: 6.3 мA в Normal, 2 мA в Sleep и 5 мкA в Power Down режимах
Корпус 3.5 x 3 x 1 LGA

39

Слайд 40

A3G4250D: 3-осевой гироскоп для

автомобильного рынка

42

A3G4250D

Automotive – 3 axes – Gyroscope – 4x4

A3G4250D: 3-осевой гироскоп для автомобильного рынка 42 A3G4250D Automotive – 3 axes
LGA 16L– ±245dps full scale – Digital Output

Совместим по выводам с L3G4200D
Низкое потребление
Низкий шум и высокая стабильность по температуре
Области применения: трекинг-системы, автотрекеры, навигация, определение угла наклона
AEC-Q100

Слайд 41

МЭМС IMU (iNEMO - Inertial
Movement Unit)

МЭМС IMU (iNEMO - Inertial Movement Unit)

Слайд 42

МЭМС модуль – iNEMO Inertial Module

LSM330D*
MEMS IMU

54

LSM330D:
МЭМС Акселерометр + Гироскоп
3-осевой акселерометр, ±2

МЭМС модуль – iNEMO Inertial Module LSM330D* MEMS IMU 54 LSM330D: МЭМС
±4 ±8 ±16g

3-осевой гироскоп, ±250 ±500 ±2000 dps

SPI/I²C интерфейс
Режим Power-Down
4 линии прерывания (2 для гироскопа и
2 для акселерометра)
2 x FIFOs и датчик температуры
Корпус 3x5.5х1 мм

Слайд 43

9-осевой модуль iNEMO

Маленький размер: 13 x 13 x 2 мм
L3GD20: 3-осевой цифровой

9-осевой модуль iNEMO Маленький размер: 13 x 13 x 2 мм L3GD20:
гироскоп
LSM303DLHC: 6-осевой геомагнетический модуль
STM32F103REY: WLCSP, ARM®-based 32-bit MCU
LDS3985M33R: ultra low drop-low noise voltage regulator.
Доп интерфейсы: CAN, USART, SPI и I2C; full-speed USB 2.0
Свободные АЦП каналы для внешних сигналов
iNEMO SW Fusion библиотека
Доступность в Q4 iNEMO-M1 и Q1 2013 для
iNEMO-PRO (sensor fusion SW embedded)

Слайд 44

Источники

1. habrahabr.ru Сравнение характеристик микромеханических гироскопов
2.Бабур Н ., Ш мидт Д ж.

Источники 1. habrahabr.ru Сравнение характеристик микромеханических гироскопов 2.Бабур Н ., Ш мидт
Направления развития инерциальных датчиков//Гироскопия и навига-
ция. – 2000. - № 1. - С.3-15.
3. Shearwood C., Ho K.Y., Williams C.B., Gong H. Development of a levitated micromotor for
application as a gyroscope//Sensor and Actuators 83, 2000, pp.85-92.
4.Распопов В.Я. Микромеханические приборы: Учебн. пособие. – Тула: Тул.ГУ, 2002. – 392 с.
5.Murakoshi T., Fukatsu K., Nakamura S., Esashi M. Electrosatically Levitated Rotational Ring-
Shaped Gyro/Accelerometer for Inertial Measurement System//Symposium Gyro Technology, 2002. –
pp.7.0-7.9.
6.Неаполитанский А.С., Хромов Б.В. Микромеханические вибрационные гироскопы. – М.: «Когито-центр», 2002. – 122 с.
7.Евстифеев М.И. Состояние разработок и перспективы развития микромеханических гироско-
пов//Сб. докладов II конф. молодых ученых «Навигация и управление движением».
С-Петербург, 2000. - С.54-71.
8. Свидетельство на полезную модель № 18768. РФ. Микромеханический вибрационный гироскоп /М.И.Евстифеев, С.Г.Кучерков, Л.П.Несенюк, В.Г. Пешехонов, А.А. Унтилов. – 2001.