Aplicaciones

La frecuencia de resonancia del chip del acelerómetro es un indicador de rendimiento muy importante, que está relacionado con el rango de frecuencia de funcionamiento del sensor.1. Definición de frecuencia de resonanciaEl sensor del acelerómetro también es una estructura mecánica, por lo que también tiene una frecuencia natural. Como se muestra en la curva de amplitud-frecuencia de la Figura 1, cuando la frecuencia de vibración externa se acerca a la frecuencia de resonancia, el sensor resonará y la sensibilidad del acelerómetro aumentará rápidamente. La frecuencia correspondiente en este momento es la frecuencia de resonancia.2. La influencia de la frecuencia de resonancia en el rendimiento del sensorCuanto menor sea el tamaño del sensor, mayor será la frecuencia de resonancia. La frecuencia límite superior del acelerómetro depende de la frecuencia de resonancia en la curva de amplitud-frecuencia. Generalmente, el rango de frecuencia de operación del sensor del acelerómetro es inferior a 1/3 de su propia frecuencia de resonancia. Cuando la frecuencia de vibración medida es mucho menor que la frecuencia de resonancia, la señal de salida del acelerómetro es proporcional a la aceleración medida.3. Factores que afectan la frecuencia de resonanciaComo se mencionó anteriormente, al aumentar la frecuencia de resonancia del chip sensor, se puede ampliar el rango de frecuencia de operación, la banda de frecuencia plana del sensor se ensancha, el rango de trabajo se amplía, el acelerómetro se puede usar en más escenarios y su aplicabilidad es mejor. Sin embargo, el aumento de la frecuencia de resonancia también es limitado. Según la siguiente fórmula, a menor masa del bloque, mayor frecuencia de resonancia.Donde f0 es la frecuencia de resonancia, K es la rigidez equivalente del acelerómetro y M es la masa equivalente del sensor.Por lo tanto, la frecuencia de resonancia es una restricción estricta que determina el rango de respuesta en frecuencia disponible del acelerómetro. Un diseño y una aplicación razonables requieren que la frecuencia de operación se limite a menos de 1/3 de la frecuencia de resonancia, y en aplicaciones de alta precisión, debe limitarse a menos de 1/5 para garantizar la linealidad y la fiabilidad. La respuesta en frecuencia del ADXL356, que se muestra en la Figura 2, tiene una frecuencia de resonancia de aproximadamente 5,5 kHz y un ancho de banda de 3 dB de 2,5 kHz. En aplicaciones de alta precisión, el corte del filtro paso bajo generalmente se ajusta a menos de 1 kHz.

Vista previa rápida del contenido del artículo En el campo de la tecnología de navegación moderna, la precisión y la fiabilidad son requisitos cruciales. Tanto los sistemas de defensa militar como los vehículos aeroespaciales, los buques oceánicos y los vehículos autónomos requieren soluciones de navegación de alta precisión. Entre los numerosos sensores de navegación, el giroscopio de fibra óptica (FOG) se ha convertido en el componente esencial de los sistemas de navegación de precisión gracias a sus ventajas únicas. El giroscopio de fibra óptica consta de una fuente de luz láser, una bobina de fibra óptica, un acoplador y un fotodetector, y su principio de funcionamiento se basa en el efecto Sagnac. El láser se divide en dos haces que se propagan en la bobina de fibra en sentido horario y antihorario, respectivamente. Cuando el sistema está estacionario, dos haces de luz retornan simultáneamente e interfieren destructivamente; cuando el sistema gira, dos haces de luz producen una diferencia de fase, y al detectar esta diferencia de fase, se puede medir con precisión la velocidad angular de rotación. Características técnicas del giroscopio de fibra óptica 1.       Alta precisión y alta estabilidad: Los giroscopios de fibra óptica no tienen componentes mecánicos giratorios, lo que evita el desgaste y Los giroscopios mecánicos tradicionales tienen problemas de deriva y tienen mediciones extremadamente altas. Precisión y estabilidad a largo plazo. La deriva de los modernos FOG de alta precisión puede alcanzar valores inferiores. 0,001/hora.2.       Respuesta rápidaDebido al uso de principios de medición óptica, los giroscopios de fibra óptica tienen velocidades extremadamente rápidas. velocidades de respuesta y pueden detectar cambios de ángulo instantáneos en tiempo real, lo cual es crucial para Control preciso de objetos en movimiento a alta velocidad.3.       Fuerte capacidad antiinterferenciasLos giroscopios de fibra óptica tienen una fuerte resistencia a las interferencias electromagnéticas, las vibraciones y impacto, lo que los hace adecuados para trabajar en entornos hostiles como el aeroespacial, el militar, y otras aplicaciones.4.       Larga vida útil y sin mantenimiento.El diseño sin partes móviles le otorga al giroscopio de fibra óptica una vida útil extremadamente larga. vida útil, generalmente hasta 10 años o más, y requiere un mantenimiento mínimo, lo que reduce en gran medida el costo de uso.5.       Amplio rango dinámicoLos giroscopios de fibra óptica modernos son capaces de medir velocidades angulares que van desde 0.001°/h a 1000 °/s, cubriendo una amplia gama de necesidades de medición desde valores extremadamente bajos a velocidades ultra altas. Las principales áreas de aplicación del giroscopio de fibra óptica 1.              Campo aeroespacialEl giroscopio de fibra óptica es un componente esencial en los sistemas de navegación y guiado de aeronaves, naves espaciales y otras aeronaves. Se utiliza para medir con precisión la actitud, la velocidad angular y el rumbo de la aeronave, garantizando así la seguridad del vuelo y una navegación precisa. En los sistemas de control de actitud de satélites, cohetes y otras naves espaciales, los giroscopios de fibra óptica se utilizan para la estabilización, la orientación y el control de la actitud, garantizando así la estabilidad de la nave espacial en el espacio. En escenarios de lanzamiento de cohetes, se utiliza para rastrear y medir la trayectoria del cohete y garantizar un lanzamiento preciso.2.              Campo militar En el guiado de misiles, el giroscopio de fibra óptica es un componente importante del sistema, utilizado para proporcionar información precisa de actitud y dirección, garantizando así la precisión de los impactos. En vehículos militares como tanques y vehículos blindados, los giroscopios de fibra óptica se utilizan para proporcionar información de actitud y dirección para la navegación, el control y la puntería de la artillería. En la navegación submarina, el sistema de navegación inercial utilizado proporciona información precisa de posición y actitud.3.              Otras áreas de aplicaciónLos giroscopios de fibra óptica se utilizan para la navegación marítima, proporcionando información precisa sobre el rumbo, la actitud y la velocidad angular para su control. En campos como la exploración petrolera y minera, los giroscopios de fibra óptica se utilizan para medir la inclinación y el desplazamiento del terreno, para la exploración geológica y el guiado de perforaciones. Por ejemplo, en operaciones de perforación direccional, se utilizan para medir con precisión la orientación y el ángulo de inclinación de las brocas, lo que facilita el control de la trayectoria compleja de los pozos. En el campo de la automatización industrial, los giroscopios de fibra óptica se utilizan para el control de actitud y el seguimiento del movimiento de robots, el posicionamiento y el control de instrumentos de precisión, etc.El desarrollo del giroscopio de fibra óptica 1.              Integración y miniaturización Con el desarrollo de la microóptica y la tecnología óptica integrada, los giroscopios de fibra óptica se están reduciendo cada vez más y su consumo de energía es menor, lo que los hace más adecuados para sistemas portátiles e integrados. Como líder en el diseño y fabricación de sensores inerciales en China, Micro-Magic Inc. ha desarrollado una serie de giroscopios de fibra óptica integrados (G-F50, G-F70, G-F80, G-F98, G-F120) para satisfacer las diversas necesidades de los clientes.2.              Integración de múltiples ejesEl FOG tradicional de un solo eje está evolucionando hacia una IMU (Unidad de Medición Inercial) integrada de dos y tres ejes, lo que proporciona una solución más completa para la medición de información de movimiento. Micro-Magic Inc. ofrece giroscopios de fibra óptica de dos ejes de las series G-F2X70 y G-F2X64, así como giroscopios de fibra óptica de tres ejes de las series G-F3X35, G-F3G70, G-F3G90 y G-F3X112.3.              Mejora del rendimientoGracias a la mejora de los materiales de fibra óptica, la optimización del diseño óptico y la adopción de tecnología de procesamiento digital de señales, la precisión y la estabilidad de los giroscopios de fibra óptica modernos siguen mejorando. Tomando como ejemplo el giroscopio de fibra óptica de alta precisión G-F120H, fabricado por Micro-Magic Inc., se ha adoptado tecnología óptica integrada avanzada y un diseño de circuito cerrado FPGA para lograr mayor precisión, control de ruido y eficiencia que tecnologías similares. La estabilidad de polarización cero es de tan solo 0,002. °/hora (1σ, 100s), y el coeficiente de caminata aleatoria es ≤ 0.001 °/√hora  Conclusión El giroscopio de fibra óptica, como sensor central de la navegación precisa moderna, desempeña un papel irremplazable  En campos clave como el militar, aeroespacial, marítimo y la conducción autónoma, gracias a su alta precisión, fiabilidad y sólida capacidad antiinterferencias. Con el continuo avance tecnológico, los giroscopios de fibra óptica están evolucionando hacia un mayor rendimiento, un tamaño más pequeño y un menor coste, y su ámbito de aplicación se ampliará aún más. En los futuros sistemas de navegación inteligentes y autónomos, los giroscopios de fibra óptica mantendrán su posición central, proporcionando una guía direccional precisa para la exploración y el movimiento humanos.

La regulación de carga se refiere al cambio en la tensión de salida cuando la corriente de carga se ajusta desde un valor mínimo hasta un valor máximo, mientras que la tensión de entrada permanece constante. Es decir, la capacidad de mantener una tensión de salida estable cuando la corriente de carga varía de forma constante. Es un indicador de estado estacionario. El indicador de regulación de carga de salida se expresa generalmente en mV en la especificación LDO. De la definición se desprende que cuanto menor sea la regulación de carga, mejor será el rendimiento del LDO. Cuando la corriente de carga cambia repentinamente, cuanto menor sea el cambio en la tensión de salida, mejor será el rendimiento del LDO.En una fuente de alimentación LDO, su voltaje de salida varía según la corriente de carga. Por ejemplo, si la corriente de carga de un LDO cambia de 10 mA a 300 mA, el voltaje de salida cambia de 3,3 V a 3,28 V. Es decir, cuando la corriente de carga es de 10 mA, el voltaje de salida es de 3,3 V; cuando la corriente de carga es de 300 mA, el voltaje de salida es de 3,28 V. Si la regulación de carga se expresa en mV, es 3,3 V - 3,28 V = 0,02 V = 20 mV. Esto significa que cuando la corriente de carga está entre 10 mA y 300 mA, el cambio máximo en el voltaje de salida no supera los 20 mV.Los condensadores de salida de diferentes tamaños tienen diferentes tasas de regulación de carga. Cuanto mayor sea el condensador de salida, más estable será la tensión de salida.En la figura a continuación, cuando el Iout verde aumenta repentinamente, la salida LDO tiene un subimpulso, que es la tasa de regulación de carga.

Un minuto para leer los puntos clave del artículo.Aplicación del módulo de conversión de frecuencia de corriente en un sistema de sensor inercial El módulo I/F de integración de carga desempeña un papel crucial en los sistemas de medición de sensores inerciales (especialmente sensores inerciales MEMS capacitivos), especialmente en aplicaciones que exigen alta precisión, bajo nivel de ruido y amplio rango dinámico. Su principal valor reside en la conversión directa y de alta fidelidad de la débil señal de carga emitida por el sensor en una señal de frecuencia digital. A continuación, se presentan las aplicaciones y ventajas típicas del módulo I/F de integración de carga en sistemas de sensores inerciales: Capacitivo Acelerómetro MEMS/Lectura de la señal del giroscopio El módulo I/F integrador de carga se utiliza para detectar pequeños cambios de capacitancia en las señales de salida de sensores inerciales MEMS (acelerómetros, giroscopios). Mide directamente la carga y es extremadamente sensible a los cambios de carga a nivel de fC (culombio volante), capaz de detectar fuerzas inerciales extremadamente pequeñas. El proceso de integración consiste en un filtro paso bajo que suprime eficazmente el ruido de alta frecuencia. Al utilizar señales de frecuencia como salida, es insensible al ruido de amplitud y a las interferencias en la ruta de transmisión, lo que lo hace ideal para transmisiones a larga distancia o entornos ruidosos. Sensor inercial de alta precisión/fuerza equilibrada (servo/retroalimentación de fuerza) En los sensores inerciales de máxima precisión, como los MEMS de grado de navegación o los acelerómetros de haz de cuarzo, se suele adoptar un modo de trabajo de lazo cerrado con equilibrio de fuerzas. El pequeño desplazamiento detectado (detectado mediante cambios de capacitancia/carga) se convierte en fuerza de retroalimentación, que se aplica al bloque de masa para mantenerla cerca de cero. En este proceso de diseño, el módulo I/F desempeña una doble función como fuente de control para la detección frontal y como DAC de retroalimentación. Se logra una precisión, estabilidad y un control de fuerza ultraaltos. Al mismo tiempo, simplifica la arquitectura de control de lazo cerrado, lo que permite implementar eficientemente todo el sistema de lazo cerrado en el dominio de carga/frecuencia/digital. Escenarios típicos de aplicación l  Navegación y posicionamiento de alta precisión: sistemas de navegación inercial de alta precisión y unidades de medición inercial para aviación, aeroespacial (satélites, cohetes), buques y vehículos terrestres. Los requisitos de estabilidad de polarización cero, ruido y linealidad del factor de escala son extremadamente altos.l  El monitoreo de terremotos y la exploración geofísica requieren la medición de vibraciones del suelo extremadamente débiles (tan bajas como μg de aceleración), con requisitos estrictos de ruido de baja frecuencia y rango dinámico.l  Automatización industrial y robótica: control de movimiento de precisión, estabilidad de plataformas, monitorización de vibraciones.l  Monitorización de la salud estructural: detección de pequeñas deformaciones y vibraciones en grandes edificios, puentes y presas.l  Electrónica automotriz: sistemas avanzados de asistencia a la conducción, IMU MEMS de alto rendimiento necesarios para la conducción autónoma. Productos del módulo de conversión I/F Como diseñador y fabricante de sensores inerciales, Micro-Magic Inc. ha diseñado y fabricado una serie de sensores inerciales de alta precisión, como acelerómetros flexibles de cuarzo, giroscopios de fibra óptica, IMU, INS, buscadores de norte e inclinómetros. Asimismo, se han desarrollado en colaboración con la empresa los módulos de integración de carga I/F (V/F) de la serie AVI. AVI-F  AVI-E  AVI-B Índice de rendimientoEspecificaciónAVI-FAVI-EAVI-BUnidadFrecuencia máxima de salida256512512kHzPosición cero F01020100nAEstabilidad cero5510ppmCoeficiente de temperatura del factor de escala10.51ppm/℃Asimetría del factor de escala103030ppmNo linealidad integral del factor de escala153030ppmPequeño error de señal0.20.50.5Hz               Conclusión El módulo I/F integrador de carga es una de las tecnologías clave para lograr una lectura de señales de alto rendimiento y alta precisión en sensores inerciales capacitivos, especialmente acelerómetros y giroscopios MEMS. Es un componente esencial en aplicaciones avanzadas de medición inercial que requieren ruido extremadamente bajo, linealidad ultraalta, amplio rango dinámico y control digital de lazo cerrado, lo que proporciona una solución crítica para la cadena de señal de sensores inerciales de alta gama en los ámbitos de navegación, táctico e incluso industrial. Con el avance de la tecnología MEMS y la tecnología de circuitos de lectura, los esquemas de lectura basados ​​en el principio de integración de carga siguen desempeñando un papel importante en el campo de los sensores inerciales de alto rendimiento.AVI-BAVI-EAVI-F 

La relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) se refiere a la relación entre el voltaje de rizado de entrada y el voltaje de rizado de salida, en decibeles (dB), y su expresión es:La importancia del PSRR reside en cuantificar el grado de transmisión de los cambios en la entrada de potencia a la salida. Por ejemplo, si el PSRR de un circuito es de 60 dB, por cada cambio de 1 V en la tensión de entrada de la fuente de alimentación, la salida solo fluctuará 1 mV. Este indicador es especialmente importante en circuitos analógicos (como amplificadores operacionales y reguladores de tensión), ya que el ruido de la fuente de alimentación puede provocar directamente distorsión de la señal o degradación del rendimiento del sistema.Los factores que afectan la PSRR de la fuente de alimentación LDO no solo están relacionados con la frecuencia de rizado, sino también con la corriente de carga, la diferencia de voltaje de entrada y salida, y el valor de la capacitancia del capacitor de salida. Específicamente, esto se refleja en: a menor caída de voltaje, mayor corriente de carga, mayor frecuencia, y a menor capacitor de salida, menor PSRR. Por lo tanto, cuando se requiere una alta relación de rechazo de modo común, es necesario aumentar adecuadamente la diferencia de voltaje, aumentar el capacitor de salida y reducir la corriente de carga. La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de la relación entre la PSRR y la frecuencia del chip de fuente de alimentación AP2210 con diferencia de caída ultrabaja. En el diagrama, se puede observar que su PSRR puede alcanzar 75 dB a baja frecuencia.Imagen 1 PSRR vs FrecuenciaNormalmente, las fuentes de alimentación LDO tienen una alta PSRR, por lo que su ondulación de salida es baja. Por lo tanto, al diseñar el circuito de alimentación de sensores, especialmente de sensores con salida analógica, para garantizar su precisión, se suele utilizar un LDO de bajo ruido y baja ondulación. La ondulación de salida de las fuentes de alimentación conmutadas es alta y se ve muy afectada por el tamaño de la carga. En términos de eficiencia, las fuentes de alimentación conmutadas son superiores a las de los LDO y generan menos calor. Por lo tanto, las fuentes de alimentación conmutadas se suelen combinar con LDO, y su alta relación de supresión de la fuente de alimentación LDO se utiliza para suprimir la ondulación de salida de estas.

En el campo fundamental de la navegación autónoma para vehículos aéreos no tripulados, la precisión, fiabilidad y estabilidad de la percepción de la dirección determinan directamente el éxito o el fracaso de la misión. La brújula electrónica de actitud completa de seis ejes y alta precisión de la serie C9000, lanzada por Micro-Magic Inc., ofrece soluciones precisas de percepción de actitud para vehículos aéreos no tripulados y aeronaves en cualquier condición climática y de terreno. Con estándares técnicos de grado militar y diseño de calidad industrial, los dispositivos cuentan con la inteligencia de la "percepción de la dirección".La serie C9000 está compuesta por microcontroladores de grado industrial de alta fiabilidad y sólida capacidad antiinterferente, sensores de inclinación de alta precisión, sensores de puerta de flujo de tres ejes con tecnología patentada integrada y chips controladores. Los algoritmos de calibración magnética, tanto duros como blandos, de desarrollo propio permiten que la brújula elimine la influencia de los campos magnéticos mediante algoritmos de calibración, incluso en entornos con interferencias. Al integrar magnetómetros para la medición del campo geomagnético y acelerómetros para la compensación dinámica, se puede lograr una precisión de rumbo de subgrado en entornos electromagnéticos complejos, solucionando así el problema de la referencia de actitud cuando se obstruyen las señales GPS. En vuelos autónomos de vehículos aéreos no tripulados, la brújula electrónica de seis ejes de la serie C9000 puede corregir la desviación del rumbo causada por interferencias magnéticas en tiempo real y utiliza un algoritmo patentado de compensación de inclinación para compensar un amplio rango de ángulos de inclinación, garantizando la estabilidad del vuelo y proporcionando información de navegación de alta precisión en tiempo real incluso en entornos extremadamente hostiles. Las ventajas de la brújula de alta precisión de la serie C9000 se reflejan principalmente en los siguientes aspectos: 1. Capacidad de navegación de ultraalta precisiónAl capturar el componente horizontal del campo magnético de la Tierra a través de un sensor magnético y combinarlo con un algoritmo patentado de compensación de inclinación, se aplica una compensación de rumbo a una amplia gama de ángulos de inclinación, logrando una precisión de rumbo de 0,2° RMS (ángulo de inclinación).

Para evitar que el usuario de la fuente de alimentación conecte incorrectamente la línea de entrada y provoque la quema de la misma, generalmente se requiere un circuito de conexión antirretorno en la entrada de la fuente. Asimismo, para garantizar que la tensión de entrada se mantenga dentro de un rango seguro, también debe estar protegida contra sobretensiones.El circuito que se muestra en la Figura 1 realiza la función integrada de conexión anti-reversa y protección contra sobretensión.Su función de protección contra sobretensión se analiza de la siguiente manera: Cuando Vin está en el rango de voltaje de entrada normal, el regulador de voltaje Z1 no se rompe inversamente, la corriente de R2 y R3 es básicamente 0, el Vbe del transistor P1 es 0, es decir, el transistor PNP no está encendido y el Vgs La tensión Q1 del tubo PMOS está determinada por el divisor de tensión de las resistencias R4 y R5. Si Vgs es mayor que el umbral de conducción, el tubo PMOS se activa, es decir, la fuente de alimentación funciona con normalidad. Cuando la entrada Vin es mayor que la tensión de entrada normal, Vin>Vbr, el regulador de voltaje está averiado, el transistor PNP Q1 está encendido, VCE≈0, es decir, la Vgs del tubo PMOS es ≈0 y el tubo PMOS se apaga, es decir, se logra protección contra sobretensión.Su función de protección contra conexión inversa se analiza de la siguiente manera: la protección contra conexión inversa de entrada se realiza mediante el tubo NMOS Q2. Cuando el polo positivo de la fuente de alimentación se alimenta desde Vin, la tensión de compuerta Vgs La tensión Q2 del tubo NMOS es alta. En este momento, Q2 se activa, Q1, la carga RL y Q2 forman un bucle, y el circuito funciona normalmente. Cuando el polo positivo de la fuente de alimentación se invierte desde el terminal negativo inferior, Q2 se corta, el bucle se desconecta por completo y el circuito deja de funcionar, lo que contribuye a la protección contra la conexión inversa.

Giroscopio de fibra óptica Se ha convertido en el componente principal preferido para alta precisión y alta confiabilidad. sistemas de navegación inercial Gracias a sus importantes ventajas, como su diseño de estado sólido, la ausencia de piezas móviles, su rápido arranque, su larga vida útil, su amplio rango dinámico y su gran resistencia a impactos y vibraciones, los giroscopios de fibra óptica se caracterizan por su excepcional rendimiento, gracias a su complejo y preciso proceso de fabricación. Desde la selección y el procesamiento de fibras ópticas especializadas, el acoplamiento y la alineación de componentes ópticos de precisión, hasta el bobinado y curado de precisión de la bobina sensora central, pasando por la integración de complejos sistemas electrónicos y la implementación de sofisticados algoritmos de compensación ambiental, cada etapa de producción materializa la ciencia de materiales de vanguardia, la ingeniería óptica de precisión, la tecnología microelectrónica y la teoría de control avanzada. Incluso la más mínima desviación durante el proceso de fabricación puede tener un impacto decisivo en la precisión, la estabilidad y la fiabilidad del producto final.A continuación se muestra una introducción detallada al proceso de producción del giroscopio de fibra óptica.1. Fabricación de anillos de fibra ópticaEl componente principal de un giroscopio de fibra óptica es el anillo de fibra, y su proceso de fabricación es crucial. Primero, se seleccionan fibras ópticas de alta calidad y se enrollan en forma de anillo mediante procesos de bobinado precisos. Durante este proceso, es necesario controlar estrictamente la tensión de las fibras ópticas, el diámetro y la densidad del anillo de bobinado para garantizar su rendimiento y estabilidad. Tras el bobinado, se aplica un recubrimiento adhesivo y se cura para fijar la forma. Posteriormente, el anillo de fibra óptica se somete a un envejecimiento por ciclos de temperatura para eliminar la tensión residual interna y mejorar la estabilidad mecánica mediante un recubrimiento epóxico.2. Integración de dispositivos ópticosTras la fabricación del anillo de fibra óptica, es necesario ensamblarlo con precisión junto con otros componentes ópticos. Esto incluye principalmente el montaje de moduladores de guía de ondas Y y la integración de fuentes de luz y detectores para garantizar trayectorias ópticas fluidas y estables. Además, se requieren rigurosas pruebas de rendimiento de los componentes ensamblados para garantizar que cumplan con los requisitos de diseño.3. Construcción de sistemas de circuitosLa construcción de sistemas de circuitos incluye el diseño de circuitos de procesamiento de señales y circuitos de retroalimentación de lazo cerrado. La FPGA actúa como procesador principal para generar señales de modulación de onda cuadrada/diente de sierra que controlan la guía de onda Y, polarizan el punto de operación hacia la zona sensible y calculan la diferencia de fase (Δφ) de la señal de interferencia emitida por el detector, la cual se convierte en velocidad angular (Ω). La diferencia de fase de Sagnac se compensa dinámicamente mediante control digital de lazo cerrado para mejorar la linealidad y el rango dinámico.4. Montaje y prueba de toda la máquinaTras completar la fabricación de los anillos de fibra óptica, los componentes ópticos y las placas de circuito, el siguiente paso es el ensamblaje general. Este proceso incluye el encapsulado para la adaptación ambiental, así como la calibración y compensación del rendimiento. Las unidades ópticas y electrónicas están selladas dentro de una carcasa metálica de blindaje para aislar las variaciones de temperatura y humedad, así como las interferencias electromagnéticas. Los productos de grado militar utilizan carcasas de aleación de titanio para mejorar la resistencia al impacto. Posteriormente, se realizaron una serie de pruebas y calibraciones en el giroscopio de fibra óptica, incluyendo la calibración de polarización cero, la compensación de temperatura y las pruebas de umbral, para garantizar que todos los indicadores de rendimiento cumplan con los requisitos previstos.Las principales dificultades del proceso de fabricación de giroscopios de fibra óptica incluyen principalmente las siguientes:1. Bobinado de precisión de bobinas de fibra ópticaLa tensión generada durante el bobinado de las bobinas de fibra óptica puede causar errores de polarización. La solución consiste en utilizar fibras que mantengan la polarización y adoptar un proceso de bobinado simétrico.2. Empaquetado e interconexión de chips ópticos integrados (guías de ondas Y)Las guías de ondas Y son los principales dispositivos ópticos integrados multifuncionales de los FOG. Durante el proceso de empaquetado e interconexión, la precisión de alineación del eje óptico es extremadamente alta. La solución a esta dificultad es utilizar un sistema de alineación activo y una empalmadora de fusión con mantenimiento de la polarización.3. Deriva de temperaturaLos cambios de temperatura pueden causar deriva de fase del giroscopio, lo que afecta la precisión de la medición. La solución consiste en utilizar despolarizadores multietapa y adoptar algoritmos de compensación de temperatura segmentados para eliminar el impacto de la deriva de temperatura.

Quartz flexible accelerometers are widely used in aerospace, inertial navigation, precision measurement and other fields due to their advantages of high precision and stability. However, its core sensitive component - quartz flexible pendulum - is very fragile and extremely sensitive to vibration environments. Vibration may cause performance degradation, zero shift, and even structural damage. Therefore, strict vibration testing and effective anti vibration measures are crucial.   Purpose of Vibration Testing   The purpose of vibration testing is to evaluate the performance, structural integrity, and reliability of accelerometers in actual or expected vibration environments. The main types of testing include sine vibration testing and random vibration testing. Sine vibration testing is to find the resonant frequency of the structure and evaluate its response and tolerance at specific frequencies. Typically, within the specified frequency range (e.g., 5 Hz – 2000 Hz or higher, according to the specification), a linear or logarithmic sweep is performed along three mutually perpendicular axes. Frequencies exhibiting an abnormal increase in accelerometer output (response amplification) are recorded. Special attention should be paid to the first-order and second-order flexural resonant frequencies of the quartz flexure, as these frequencies are most prone to damage. The relationship between the input vibration and output signal is analyzed. Perform fixed frequency vibration for a specified duration (such as several minutes) on the identified resonant frequency points (especially the pendulum resonance points) to test their fatigue life and stability. Random vibration testing is to simulate wideband, random vibration excitations in actual environments (such as rocket launches, engine noise, aerodynamic turbulence, vehicle driving), and evaluate their comprehensive performance under statistically distributed vibrations. Apply vibrations with specific power spectral density patterns along three mutually perpendicular axes within the specified frequency range. The scale of testing is usually higher than that of sine testing, which can better reflect the real environment. PSD spectra and Grms values are developed based on specifications or measured data. The key monitoring parameters in the test include output signals, physical status, and performance verification. The output signal mainly observes zero offset, scale factor changes, increased noise levels, abnormal outputs (saturation, oscillation), etc; The physical state mainly involves checking whether the accelerometer has any abnormal noise, whether the structure is loose, and whether there is any damage to the appearance (after testing, the cover needs to be opened to check the swing plate); Performance validation mainly involves comprehensive static performance testing of accelerometers before, during, and after vibration (zero bias, scale factor, second-order nonlinearity, threshold, resolution, repeatability, etc.), comparing the effects of vibration.   Vibration Mitigation Measures   To address the vulnerability of quartz flexure accelerometers, vibration resistance measures must be implemented at multiple levels.   (1)      Core sensitive structure design and process Firstly, it is necessary to optimize the design of the oscillating plate. While meeting the requirements of sensitivity and bandwidth, the thickness of the oscillating plate should be appropriately increased (balancing sensitivity), the shape and support structure should be optimized, and the lowest order resonant frequency should be maximized to be higher than the expected main vibration environment frequency (ideally higher than twice). Avoid resonance frequencies falling in the main vibration energy concentration zone. Secondly, it is precision manufacturing and assembly, strictly controlling the machining accuracy and symmetry of key components such as swing plates, torque converter coils, differential capacitor plates, etc., to ensure uniform stress distribution and reduce internal stress concentration points. Reliable processes such as laser welding are used to connect the swing plates to the base. Finally, the selection of materials should be based on high-strength and high stability quartz materials, and the stiffness and damping characteristics of the base and shell materials should also be considered.   (2)      Internal mechanical isolation and damping Firstly, apply a small amount of special damping adhesive (such as silicone rubber base) on the non sensitive area of the swing plate or the supporting beam. This is one of the most commonly used and effective measures, which can significantly reduce the resonance Q value and decrease the resonance amplification factor. However, extreme caution should be taken to avoid affecting sensor performance (such as introducing thermal stress, affecting symmetry, and increasing mass). Secondly, a micro isolation system (such as low stiffness, high damping rubber pads, metal rubber, micro wire rope isolators, etc.) should be designed between the core of accelerometer (including the core components of the swing plate assembly) and the housing base to isolate the transmission of high-frequency vibrations to the sensitive core. The stiffness, damping, and load-bearing capacity need to be carefully designed.   (3)      Sealing and Filling Encapsulating silicon gel or silicone rubber with low modulus and high damping in the inner cavity of the accelerometer (usually between the core and the shell) is another very effective anti vibration measure (especially anti shock and high-frequency vibration). Silicon gel or silicone rubber provides damping and absorbs vibration energy; Support internal structure and suppress relative motion; Protect internal components from contamination and moisture. The sealing adhesive needs to have extremely low shrinkage stress, excellent thermal stability, good adhesion, low air release, and low permeability (especially for space applications). The sealing process (excluding bubbles and curing) is crucial, as poor sealing can actually introduce stress or contamination.   (4)      External installation and system level vibration isolation Optimize the installation interface to ensure that the installation base is flat and rigid. Tighten the connecting bolts evenly to the specified torque to avoid introducing local stress or reducing overall stiffness due to improper installation. At the same time, install appropriate external shock absorbers between the accelerometer and vibration sources such as engine mounts and aircraft structures. Select the type of isolator (such as metal rubber isolator, wire rope isolator, viscoelastic damping isolator) based on the characteristics of the main vibration frequency, and its natural frequency should be much lower (usually <1/√ 2 times) than the lowest main vibration frequency that needs to be isolated. The load-bearing capacity of the isolator, environmental adaptability (temperature, vacuum), and the impact on the low-frequency performance of the sensor also need to be considered.   Test cases   Taking the AC-9 series high-precision quartz accelerometer produced by Micro-Magic Inc as an example, the influence of vibration environment on the K0 index of the accelerometer is tested. Before vibration, the quartz accelerometer is in a 0g state, the product is powered on, data is collected for 1 minute, and take the average of the data, denoted as ; Start the vibration table under the following vibration conditions: 6g, random vibration at 200~2000Hz, wait for the vibration table to stabilize, collect data for 1 minute, and take the average of the data, denoted as ; Rotating vibration fixture, quartz accelerometer in 0g state, then power on the product, collect data for 1 minute, and take the average of the data, denoted as . By calculation, it can be concluded that:   Conclusion   The vibration problem of quartz flexible accelerometers is a system engineering issue that needs to be addressed throughout the entire process of design, manufacturing, testing, and application. When selecting and designing anti vibration measures, careful trade-offs must be made to ensure that the core performance indicators of the accelerometer are not significantly sacrificed while improving the anti vibration capability, and other environmental adaptability requirements are met.   AC-9    

Para evitar que el usuario de la fuente de alimentación conecte incorrectamente la línea de entrada y provoque la quema de la misma, generalmente se requiere un circuito de conexión antirretorno en la entrada de la fuente. Asimismo, para garantizar que la tensión de entrada se mantenga dentro de un rango seguro, también debe estar protegida contra sobretensiones.El circuito que se muestra en la Figura 1 realiza la función integrada de conexión anti-reversa y protección contra sobretensión.Su función de protección contra sobretensión se analiza de la siguiente manera: Cuando Vin está en el rango de voltaje de entrada normal, el regulador de voltaje Z1 no se rompe inversamente, la corriente de R2 y R3 es básicamente 0, el Vbe del transistor P1 es 0, es decir, el transistor PNP no está encendido, y el Vgs del tubo PMOS Q1 está determinado por el divisor de voltaje de las resistencias R4 y R5. Vgs es mayor que el umbral de conducción, y el tubo PMOS se enciende, es decir, la fuente de alimentación funciona normalmente; cuando la entrada Vin es mayor que el voltaje de entrada normal, en este momento Vin>Vbr, el regulador de voltaje se rompe, el transistor PNP Q1 se enciende, VCE≈0, es decir, el Vgs del tubo PMOS es ≈0, y el tubo PMOS se apaga, es decir, se logra la protección contra sobretensión.Su función de protección contra conexión inversa se analiza de la siguiente manera: la protección contra conexión inversa de entrada se realiza mediante el tubo NMOS Q2. Cuando el polo positivo de la fuente de alimentación se alimenta desde Vin, la tensión de compuerta Vgs del tubo NMOS Q2 es alta. En este momento, Q2 se activa, Q1, la carga RL y Q2 forman un bucle, y el circuito funciona normalmente. Cuando el polo positivo de la fuente de alimentación se invierte desde el terminal negativo inferior, Q2 se corta, el bucle se desconecta por completo y el circuito deja de funcionar, lo que contribuye a la protección contra conexión inversa. 

En el campo de la medición y el control de precisión, la tecnología de conversión de corriente/frecuencia de alta precisión es crucial. El módulo de conversión I/F de la serie AVI-F, lanzado por Micro-Magic Inc., se ha convertido en la opción ideal para la adquisición de datos de acelerómetros de sistemas de navegación inercial de alto rendimiento, la adquisición digital de señales de corriente débil y otras aplicaciones.escenarios de alta demanda debido a su excelente rendimiento y desempeño estable. El AVI-F se compone de una referencia de voltaje, una fuente de corriente constante, un integrador, un brazo integrador, un CPLD de control lógico, etc. La señal de corriente del acelerómetro se puede convertir directamente en frecuencia de pulso, lo que lo convierte en un convertidor analógico-digital de alta precisión y buena resolución. El AVI-F adopta el principio de integración de balance de carga, que permite la adquisición de señales sin pérdidas y se ve menos afectado por ruidos como el de la fuente de alimentación. Es un circuito ideal para construir sistemas de navegación inercial de alto rendimiento. ¿Cuáles son las principales ventajas de los productos de la serie AVI-F? 1. Alta precisión y estabilidad. El módulo de la serie AVI-F adopta un método de integración de carga, con una frecuencia de salida máxima de 256 kHz, un desplazamiento de cero de tan solo 10 nA y un error no lineal completo de tan solo 20 ppm, lo que garantiza una alta precisión y fiabilidad en la conversión de la señal. Su coeficiente de temperatura de factor de escala es de tan solo 1 ppm/℃ y presenta estabilidad en todo el rango de temperaturas, ideal para entornos hostiles de -45 ℃ a 70 ℃. 2.Diseño de hardware de alto estándar Se utilizan componentes de alto rendimiento, principalmente dispositivos de montaje superficial (SMD), de pequeño tamaño y alta precisión. A nivel de placa, se utilizan fuentes de corriente constante de precisión y multímetros de alta precisión para una calibración precisa, incluyendo simetría y linealidad. 3.Interfaz de salida multifuncional El módulo admite tres salidas de pulsos independientes (canales X/Y/Z), cada una con señales de pulso de corriente positiva y negativa. Además, se añade una función de puerto serie RS422 que envía la acumulación de pulsos a una frecuencia de 1 kHz para simplificar la adquisición de datos y mejorar la eficiencia de la integración del sistema. 4.Bajo consumo de energía y diseño localizado. Los requisitos de alimentación son de ±15 V y +5 V, con una corriente en estado estacionario de tan solo 0,2 A y un excelente rendimiento de consumo. Todos los componentes son de fabricación 100 % nacional para garantizar la seguridad de la cadena de suministro y satisfacer necesidades independientes y controlables. Aplicaciones típicas del producto de la serie AVI-F a. Sistema de navegación inercial: convierte con precisión las señales del acelerómetro para mejorar la precisión de la navegación.b. Automatización industrial: Monitoreo en tiempo real de señales de corriente y optimización de procesos de control.do. Instrumentos de investigación: adquisición de datos de alta resolución para ayudar en experimentos de precisión. ¿Por qué elegir el módulo AVI-F? El módulo de conversión I/F de la serie AVI-F combina alta precisión, bajo consumo de energía y multifuncionalidad, lo que lo convierte en una opción inteligente para usuarios que buscan rendimiento y fiabilidad. Ya sea en entornos hostiles o aplicaciones complejas, ofrece soluciones estables y eficientes. AVI-FSea cual sea tus necesidades, Micro-Magic está a tu lado.  

Según la topología del circuito de dos hilos, la corriente de alimentación es modulada por el sensor y luego regresa al circuito de adquisición de señales. Si la salida de alimentación no se procesa, una vez que el sensor se cortocircuita o el usuario final opera incorrectamente provocando un cortocircuito, es muy probable que la alimentación se dañe o que el circuito de adquisición de señales se dañe. Para evitar esta situación, se debe añadir un circuito limitador de corriente al circuito que suministra 24 V al sensor para limitar la corriente dentro de un rango seguro (por ejemplo, por debajo de 30 mA), evitando así fallos catastróficos.A continuación se presenta el circuito de protección limitador de corriente para proporcionar energía de 24 V al sensor al diseñar el circuito de adquisición de interfaz de 4-20 mA. Cuando la corriente es menor que la corriente límite Imax, la caída de tensión en la resistencia R1 es menor que la tensión de conducción Vbe del transistor P1. Las resistencias R3 y R4 dividen la tensión, creando una diferencia de tensión suficiente entre la fuente y la puerta del transistor de efecto de campo Q1. En este punto, el transistor P1 se desconecta y el transistor Q1 conduce. El circuito se encuentra en estado de funcionamiento normal.Cuando la corriente aumenta por encima de la corriente límite Imax, la caída de tensión en la resistencia R1 es mayor que la tensión de conducción Vbe del transistor P1. En este momento, el transistor P1 se encuentra en estado de conducción. La tensión de entrada se aplica directamente a la compuerta del transistor de efecto de campo Q1. En este punto, las tensiones en la fuente y la compuerta del transistor de efecto de campo Q1 son aproximadamente iguales, lo que provoca que el transistor de efecto de campo Q1 se corte y desconecte el circuito, poniéndolo en estado de protección. Esto evita daños a la carga por corriente excesiva.Dado que la tensión de conducción Vbe del MMBT2907A es de aproximadamente 0,7 V y que Vbe/R1 = 25 mA, se puede saber que la corriente de limitación es de aproximadamente 25 mA. Si es necesario ajustar la corriente de limitación, basta con ajustar el valor de la resistencia R1.