APLICACIONES

Puntos claveProducto: Sistema de detección de deformaciones basado en giroscopio de fibra ópticaCaracterísticas principales:Componentes: Incorpora giroscopios de fibra óptica de alta precisión para medición de velocidad angular y cálculo de trayectoria.Función: Combina datos giroscópicos con mediciones de distancia para detectar deformaciones estructurales con alta precisión.Aplicaciones: Adecuado para ingeniería civil, monitoreo de salud estructural y análisis de deformación en puentes, edificios y otras infraestructuras.Rendimiento: logra una precisión de detección de deformación mejor que 10 μm a una velocidad de funcionamiento de 2 m/s utilizando giroscopios de precisión media.Ventajas: Diseño compacto, liviano, bajo consumo de energía y operación fácil de usar para facilitar la implementación.Conclusión:Este sistema proporciona mediciones de deformación precisas y confiables, ofreciendo soluciones valiosas para las necesidades de ingeniería y análisis estructural.1 Método de detección de deformaciones de estructuras de ingeniería basado en giroscopio de fibra ópticaEl principio del método de detección de deformaciones en estructuras de ingeniería basado en un giroscopio de fibra óptica consiste en fijar el giroscopio al dispositivo de detección, medir la velocidad angular del sistema de detección al desplazarse sobre la superficie medida de la estructura, medir la distancia de operación del dispositivo y calcular su trayectoria para detectar la deformación. En este documento, este método se denomina "método de trayectoria". Este método se puede describir como "navegación plana bidimensional", es decir, se determina la posición del portador en la superficie vertical de la estructura medida y, finalmente, se obtiene su trayectoria a lo largo de dicha superficie.Según el principio del método de trayectoria, sus principales fuentes de error incluyen el error de referencia, el error de medición de distancia y el error de medición de ángulo. El error de referencia se refiere al error de medición del ángulo de inclinación inicial θ0, el error de medición de distancia se refiere al error de medición de ΔLi y el error de medición de ángulo se refiere al error de medición de Δθi, que se debe principalmente al error de medición de la velocidad angular del giroscopio de fibra óptica. Este artículo no considera la influencia del error de referencia ni del error de medición de distancia en el error de detección de deformación, sino que solo analiza el error de detección de deformación causado por el error del giroscopio de fibra óptica.2 Análisis de la precisión de detección de deformación basada en giroscopio de fibra óptica2.1 Modelado de errores del giroscopio de fibra óptica en aplicaciones de detección de deformaciónEl giroscopio de fibra óptica es un sensor que mide la velocidad angular mediante el efecto Sagnac. Tras el paso de la luz emitida por la fuente a través de la guía de ondas Y, se forman dos haces de luz que giran en direcciones opuestas en el anillo de fibra. Cuando el portador gira respecto al espacio inercial, se produce una diferencia de trayectoria óptica entre los dos haces de luz, y la señal de interferencia óptica relacionada con la velocidad angular de rotación se detecta en el extremo del detector para medir la velocidad diagonal.La expresión matemática de la señal de salida del giroscopio de fibra óptica es: F = Kw + B0 + V. Donde F es la salida del giroscopio, K es el factor de escala y ω es el giroscopio.La entrada de velocidad angular en el eje sensible, B0 es el sesgo cero giroscópico, υ es el término de error integrado, que incluye ruido blanco y componentes que varían lentamente causados ​​por varios ruidos con un tiempo de correlación largo, υ también puede considerarse como el error de sesgo cero.Las fuentes de error de medición del giroscopio de fibra óptica incluyen el error de factor de escala y el error de desviación cero. Actualmente, el error de factor de escala del giroscopio de fibra óptica aplicado en ingeniería es de 10⁻⁶~10⁻⁶. En la aplicación de la detección de deformación, la entrada de velocidad angular es pequeña, y el error de medición causado por el error de factor de escala es mucho menor que el causado por el error de desviación cero, que puede ignorarse. El componente de CC del error de polarización cero se caracteriza por la repetibilidad de polarización cero Br, que es la desviación estándar del valor de polarización cero en múltiples pruebas. El componente de CA se caracteriza por la estabilidad de polarización cero Bs, que es la desviación estándar del valor de salida del giroscopio con respecto a su media en una prueba, y su valor está relacionado con el tiempo de muestreo del giroscopio.2.2 Cálculo del error de deformación basado en giroscopio de fibra ópticaTomando como ejemplo el modelo de viga apoyada simple, se calcula el error de detección de deformación y se establece el modelo teórico de deformación estructural. Con base en esto, se establece la detección.Con base en la velocidad de operación y el tiempo de muestreo del sistema, se puede obtener la velocidad angular teórica del giróscopo de fibra óptica. Posteriormente, se puede simular el error de medición de la velocidad angular del giróscopo de fibra óptica según el modelo de error de desviación cero del giróscopo de fibra óptica descrito anteriormente.2.3 Ejemplo de cálculo de simulaciónLa configuración de simulación de la velocidad de funcionamiento y el tiempo de muestreo adopta un modo de rango variable, es decir, el ΔLi que pasa en cada tiempo de muestreo es fijo, y el tiempo de muestreo del mismo segmento de línea cambia al variar la velocidad de funcionamiento. Por ejemplo, si el ΔLi es de 1 mm y la velocidad de funcionamiento es de 2 m/s, el tiempo de muestreo es de 0,5 ms. Si la velocidad de funcionamiento es de 0,1 m/s, el tiempo de muestreo es de 10 ms.3 Relación entre el rendimiento del giroscopio de fibra óptica y el error de medición de la deformaciónEn primer lugar, se analiza el efecto del error de repetibilidad de polarización cero. Cuando no existe error de estabilidad de polarización cero, el error de medición de velocidad angular causado por este error se corrige. Por ejemplo, a mayor velocidad de movimiento, menor tiempo total de medición, menor impacto del error de polarización cero y, por lo tanto, menor error de medición de deformación. A alta velocidad, el error de estabilidad de polarización cero es el principal factor que causa el error de medición del sistema. A baja velocidad, el error de repetibilidad de polarización cero se convierte en la principal causa del error de medición del sistema.Utilizando el índice giroscópico de fibra óptica de precisión media típico, es decir, la estabilidad de polarización cero es de 0,5 °/h cuando el tiempo de muestreo es de 1 s, la repetibilidad cero es de 0,05 °/h. Compare los errores de medición del sistema a la velocidad de operación de 2 m/s, 1 m/s, 0,2 m/s, 0,1 m/s, 0,02 m/s, 0,01 m/s, 0,002 m/s y 0,001 m/s. Cuando la velocidad de operación es de 2 m/s, el error de medición es de 8,514 μm (RMS), cuando la velocidad de medición se reduce a 0,2 m/s, el error de medición es de 34,089 μm (RMS), cuando la velocidad de medición se reduce a 0,002 m/s, el error de medición es de 2246,222 μm (RMS), como se puede ver en los resultados de la comparación. Cuanto mayor sea la velocidad de funcionamiento, menor será el error de medición. Teniendo en cuenta la conveniencia de la operación de ingeniería, la velocidad de funcionamiento de 2 m/s puede lograr una precisión de medición mejor que 10 μm.4 ResumenA partir del análisis de simulación de la medición de la deformación de estructuras de ingeniería con un giróscopo de fibra óptica, se establece el modelo de error del giróscopo y se obtiene la relación entre el error de medición de la deformación y su rendimiento utilizando como ejemplo el modelo de viga soportada simple. Los resultados de la simulación muestran que cuanto más rápido funciona el sistema, es decir, cuanto menor es el tiempo de muestreo del giróscopo de fibra óptica, mayor es la precisión de la medición de la deformación del sistema cuando el número de muestreos permanece constante, garantizando así la precisión de detección de distancia. Con el índice típico de precisión media del giróscopo de fibra óptica y una velocidad de funcionamiento de 2 m/s, se puede alcanzar una precisión de medición de la deformación superior a 10 μm.El GF-50 de Micro-Magic Inc. tiene un diámetro de φ50*36,5 mm y una precisión de 0,1º/h. El GF-60, con una precisión de 0,05º/h, pertenece al giroscopio de fibra óptica de alto nivel táctico. Nuestra compañía fabrica giroscopios de tamaño compacto, peso ligero, bajo consumo de energía, arranque rápido, operación sencilla, fácil de usar y otras características. Se utiliza ampliamente en sistemas de navegación interior (INS), unidades de medición de fuerza magnética (IMU), sistemas de posicionamiento, sistemas de búsqueda de norte, estabilidad de plataformas y otros campos. Si le interesa nuestro giroscopio de fibra óptica, no dude en contactarnos.GF50Giroscopio de fibra óptica de un solo eje de precisión media, estándar militar GF60Giroscopio de fibra de un solo eje, giroscopio de fibra óptica de baja potencia, velocidad angular IMU para navegación 

Puntos claveProducto: Giroscopio de fibra óptica (FOG)Características principales:Componentes: Basados ​​en bobinas de fibra óptica, utilizando el efecto Sagnac para mediciones precisas de desplazamiento angular.Función: Ofrece alta sensibilidad y precisión, ideal para determinar la orientación en objetos en movimiento.Aplicaciones: Ampliamente utilizado en el ámbito militar (por ejemplo, guía de misiles, navegación de tanques) y en expansión en sectores civiles (por ejemplo, navegación automotriz, topografía).Fusión de datos: combina mediciones inerciales con microelectrónica avanzada para lograr mayor precisión y estabilidad.Conclusión: El giroscopio de fibra óptica es fundamental para la navegación de alta precisión, con un potencial de crecimiento prometedor en diversas aplicaciones.Mercado de la industria de giroscopios de fibra ópticaGracias a sus ventajas únicas, el giroscopio de fibra óptica presenta un amplio potencial de desarrollo en el campo de la medición precisa de magnitudes físicas. Por lo tanto, explorar la influencia de los dispositivos ópticos y el entorno físico en el rendimiento de los giroscopios de fibra óptica y suprimir el ruido de intensidad relativa se han convertido en tecnologías clave para lograr giroscopios de fibra óptica de alta precisión. Con la profundización de la investigación, el giroscopio de fibra integrado de alta precisión y miniaturización alcanzará un gran desarrollo y aplicación.El giroscopio de fibra óptica es uno de los dispositivos más populares en el campo de la tecnología inercial. Con la mejora del nivel técnico, su aplicación seguirá expandiéndose. Como componente principal de los giroscopios de fibra óptica, la demanda del mercado también crecerá. Actualmente, aún es necesario importar anillos de fibra óptica de alta gama de China, y dada la tendencia general de sustitución nacional, es necesario fortalecer la competitividad de las empresas chinas de anillos de fibra óptica y su capacidad de investigación y desarrollo independiente.En la actualidad, el anillo de fibra óptica se utiliza principalmente en el campo militar, pero con la expansión de la aplicación del giroscopio de fibra óptica al campo civil, la proporción de aplicación del anillo de fibra óptica en el campo civil mejorará aún más.Según el informe "Encuesta de mercado y análisis de asesoramiento de inversión de la industria de giroscopios de fibra óptica de China 2022-2027":El giroscopio de fibra óptica es un elemento sensible basado en una bobina de fibra óptica. La luz emitida por el diodo láser se propaga a lo largo de la fibra óptica en dos direcciones. La diferencia en la trayectoria de propagación de la luz determina el desplazamiento angular del elemento sensible. El giroscopio de fibra óptica moderno es un instrumento que puede determinar con precisión la orientación de objetos en movimiento. Es un instrumento de navegación inercial ampliamente utilizado en las industrias modernas de aviación, navegación, aeroespacial y defensa nacional. Su desarrollo es de gran importancia estratégica para la industria, la defensa nacional y otros desarrollos tecnológicos de un país.El giroscopio de fibra óptica es un nuevo sensor de fibra óptica de estado sólido basado en el efecto Sagnac. Según su modo de funcionamiento, se puede dividir en giroscopios interferométricos (I-FOG), giroscopios resonantes (R-FOG) y giroscopios de dispersión Brillouin estimulada (B-FOG). Según su precisión, se puede clasificar en: nivel táctico de gama baja, nivel táctico de gama alta, nivel de navegación y nivel de precisión. Los giroscopios de fibra óptica se pueden clasificar en militares y civiles según su apertura. Actualmente, la mayoría de los giroscopios de fibra óptica se utilizan en ámbitos militares: actitud de cazas y misiles, navegación de tanques, medición de rumbo de submarinos, vehículos de combate de infantería y otros campos. El uso civil se centra principalmente en la navegación de automóviles y aeronaves, la topografía de puentes, la perforación petrolera y otros campos.Dependiendo de la precisión del giroscopio de fibra óptica, sus aplicaciones abarcan desde armas y equipos estratégicos hasta el ámbito civil comercial. Los giroscopios de fibra óptica de media y alta precisión se utilizan principalmente en campos de armas y equipos de alta gama, como el aeroespacial, mientras que los giroscopios de fibra óptica de bajo coste y baja precisión se emplean principalmente en la exploración petrolera, el control de actitud de aeronaves agrícolas, la robótica y muchos otros campos civiles con requisitos de baja precisión. Con el desarrollo de tecnologías avanzadas de microelectrónica y optoelectrónica, como la integración fotoeléctrica y el desarrollo de fibras ópticas especiales para giroscopios de fibra óptica, se ha acelerado la miniaturización y el bajo coste de los giroscopios de fibra óptica.ResumenEl giroscopio de fibra óptica de Micro-Magic Inc es principalmente un giroscopio de fibra óptica táctico de precisión media, en comparación con otros fabricantes, de bajo costo, larga vida útil, el precio es muy dominante y el campo de aplicación también es muy amplio, incluidos dos GF50, GF-60 muy vendidos, puede hacer clic en la página de detalles para obtener más datos técnicos.GF50Giroscopio de fibra óptica de un solo eje de precisión media, estándar militar GF60Giroscopio de fibra de un solo eje, giroscopio de fibra óptica de baja potencia, velocidad angular IMU para navegación 

Puntos clave Producto: Giroscopio de fibra óptica GF70ZKCaracterísticas principales:Componentes: Emplea giroscopios de fibra óptica para realizar mediciones inerciales de alta precisión.Función: Proporciona un inicio rápido y datos de navegación confiables para diversas aplicaciones.Aplicaciones: Adecuado para sistemas de navegación inercial, estabilidad de plataforma y sistemas de posicionamiento en vehículos aeroespaciales y autónomos.Rendimiento: Estabilidad de sesgo cero entre 0,01 y 0,02, adaptada a las necesidades de precisión y rango de medición.Conclusión: El GF70ZK combina un tamaño compacto y un bajo consumo de energía, lo que lo convierte en una opción versátil para tareas de navegación exigentes en múltiples industrias.1. ¿Qué es la navegación inercial?Para entender qué es la navegación inercial, primero debemos dividir la frase en dos partes, es decir, navegación + inercia.La navegación, en términos simples, resuelve el problema de llegar de un lugar a otro, indicando la dirección, típicamente la brújula.La inercia, derivada originalmente de la mecánica newtoniana, se refiere a la propiedad de un objeto de mantener su estado de movimiento. Su función es registrar la información del estado de movimiento del objeto.Se utiliza un ejemplo sencillo para ilustrar la navegación inercial. Un niño y un amigo juegan a la entrada de una habitación cubierta de baldosas y caminan sobre ellas hacia el otro lado siguiendo ciertas reglas: uno hacia adelante, tres hacia la izquierda, cinco hacia adelante, dos hacia la derecha… Cada paso tiene la longitud de una baldosa, y quienes estén fuera de la habitación pueden obtener su trayectoria completa dibujando la longitud y la ruta correspondientes en el papel. No necesita ver la habitación para saber la posición, la velocidad, etc. del niño.El principio básico de la navegación inercial y otros tipos de navegación es básicamente el siguiente: conocer la posición inicial, la orientación inicial (actitud), la dirección y el sentido del movimiento en cada momento, y avanzar ligeramente. Sumar estos datos (que corresponde a la operación de integración matemática) y obtener la orientación, la posición y demás información.¿Cómo obtener la orientación (actitud) y la posición actual del objeto en movimiento? Se requieren numerosos sensores. En la navegación inercial se utilizan instrumentos inerciales: acelerómetro y giroscopio.La navegación inercial utiliza un giroscopio y un acelerómetro para medir la velocidad angular y la aceleración del portador en el marco de referencia inercial, e integra y calcula el tiempo para obtener la velocidad y la posición relativa, y la transforma en el sistema de coordenadas de navegación, de modo que la posición actual del portador se puede obtener combinando la información de posición inicial.La navegación inercial es un sistema interno de bucle cerrado, sin entrada de datos externos para corregir errores durante el movimiento del portaaviones. Por lo tanto, un solo sistema de navegación inercial solo puede utilizarse durante periodos cortos de navegación. Para sistemas con un funcionamiento prolongado, es necesario corregir periódicamente el error interno acumulado mediante navegación por satélite.2. Giroscopios en la navegación inercialLa tecnología de navegación inercial se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, la navegación por satélite, los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y otros campos, gracias a su alto grado de ocultación y su completa capacidad autónoma para obtener información de movimiento. Especialmente en el campo de los microdrones y la conducción autónoma, la tecnología de navegación inercial puede proporcionar información precisa de dirección y velocidad, y desempeña un papel fundamental en condiciones complejas o cuando otras señales de navegación auxiliares externas no aprovechan las ventajas de la navegación autónoma en el entorno para lograr una medición fiable de la actitud y la posición. Como componente importante de los sistemas de navegación inercial, el giroscopio de fibra óptica desempeña un papel decisivo en su capacidad de navegación. Actualmente, se comercializan principalmente giroscopios de fibra óptica y giroscopios MEMS. Si bien la precisión del giroscopio de fibra óptica es alta, todo su sistema está compuesto por acopladores.Los moduladores, anillos de fibra óptica y otros componentes discretos, que resultan en un gran volumen y un alto costo, no cumplen con los requisitos de miniaturización y bajo costo en micro UAV, vehículos no tripulados y otros campos, lo que limita considerablemente su aplicación. Si bien el giroscopio MEMS puede miniaturizarse, su precisión es baja. Además, presenta partes móviles, baja resistencia a impactos y vibraciones, y es difícil de aplicar en entornos hostiles.3 ResumenEl giroscopio de fibra óptica GF70ZK de Micro-Magic Inc está especialmente diseñado de acuerdo con el concepto de giroscopios de fibra óptica tradicionales, con un tamaño pequeño de 70*70*32 mm; Peso ligero, menor o igual a 250 g; Bajo consumo de energía, menor o igual a 4 W; Inicio rápido, el tiempo de inicio es de solo 5 segundos; Este giroscopio de fibra óptica es fácil de operar y fácil de usar, y es ampliamente utilizado en INS, IMU, sistema de posicionamiento, sistema de búsqueda del norte, estabilidad de plataforma y otros campos.La estabilidad de polarización cero de nuestro GF80 se encuentra entre 0,01 y 0,02. La principal diferencia entre estos dos giroscopios de fibra óptica radica en el rango de medición. Nuestro giroscopio de fibra óptica se puede utilizar en navegación inercial. Puede elegir el modelo más adecuado según la precisión y el rango de medición. Puede consultarnos en cualquier momento para obtener más información técnica.GF70ZKSensores de giroscopio de fibra óptica Navegación con buscador de norte Navegación inercial Sistema de referencia de actitud/acimut G-F80Sensores giroscópicos de fibra óptica en miniatura de 80 mm de tamaño compacto 

Puntos claveProducto: Giroscopio MEMS de grado de navegaciónCaracterísticas principales:Componentes: Giroscopio MEMS para medición precisa de velocidad angular.Función: Proporciona datos de navegación de alta precisión con baja deriva, adecuados para una navegación estable y a largo plazo.Aplicaciones: Ideal para la industria aeroespacial, guía de misiles tácticos, navegación marina y robótica industrial.Rendimiento: Presenta baja inestabilidad de sesgo y deriva aleatoria, lo que ofrece un rendimiento confiable a lo largo del tiempo.Comparación: Diferentes modelos (MG-101, MG-401, MG-501) satisfacen distintas necesidades de precisión, siendo el MG-101 el que proporciona la mayor precisión.El giroscopio MEMS es un tipo de sensor inercial para medir la velocidad o el desplazamiento angular. Tiene una amplia gama de aplicaciones en la extracción de petróleo, el guiado de armas, la industria aeroespacial, la minería, la topografía y la cartografía, la robótica industrial y la electrónica de consumo. Debido a los diferentes requisitos de precisión en diversos campos, los giroscopios MEMS se dividen en tres niveles en el mercado: nivel de navegación, nivel táctico y nivel de consumo.Este artículo presentará en detalle el giroscopio MEMS de navegación y comparará sus parámetros. A continuación, se detallarán sus indicadores técnicos, el análisis de deriva y la comparación de tres giroscopios MEMS de navegación.Especificaciones técnicas del giroscopio MEMSEl giroscopio MEMS ideal se caracteriza por una salida de su eje sensible proporcional a los parámetros angulares de entrada (ángulo, velocidad angular) del eje correspondiente del portador en cualquier condición, y no es sensible a los parámetros angulares de su eje transversal ni a ningún parámetro axial no angular (como la aceleración por vibración y la aceleración lineal). Los principales indicadores técnicos del giroscopio MEMS se muestran en la Tabla 1.Indicador técnicoUnidadSignificadoRango de medición(°)/sEfectivamente sensible al rango de velocidad angular de entradaSesgo cero(°)/hLa salida de un giroscopio cuando la tasa de entrada es cero. Dado que la salida es diferente, se suele usar la tasa de entrada equivalente para representar el mismo tipo de producto, y cuanto menor sea el sesgo cero, mejor. En modelos de productos diferentes, no cuanto menor sea el sesgo cero, mejor.Repetibilidad del sesgo(°)/h(1σ)En las mismas condiciones y a intervalos específicos (sucesivos, diarios, cada dos días, etc.), el grado de concordancia entre los valores parciales de mediciones repetidas se expresa como la desviación estándar de cada desviación medida. Cuanto menor sea, mejor para todos los giroscopios (evalúe la facilidad para compensar el cero).Deriva del cero(°)/sTasa de variación temporal de la desviación de la salida del giroscopio respecto a la salida ideal. Contiene componentes estocásticos y sistemáticos y se expresa en términos del desplazamiento angular de entrada correspondiente con respecto al espacio inercial en la unidad de tiempo.Factor de escalaV/(°)/s, mA/(°)/sRelación entre el cambio en la salida y el cambio en la entrada que se va a medir.Ancho de bandaHzEn la prueba de característica de frecuencia del giroscopio, se estipula que el rango de frecuencia correspondiente a la amplitud de la amplitud medida se reduce en 3 dB y la precisión del giroscopio se puede mejorar sacrificando el ancho de banda del giroscopio.Tabla 1 Principales índices técnicos del giroscopio MEMSAnálisis de la deriva del giroscopioSi existe un par de interferencia en el giroscopio, el eje del rotor se desviará del acimut de referencia estable original y generará un error. La desviación del ángulo del eje del rotor respecto al acimut del espacio inercial (o acimut de referencia) en la unidad de tiempo se denomina tasa de deriva del giroscopio. El principal indicador para medir la precisión del giroscopio es la tasa de deriva.La deriva giroscópica se divide en dos categorías: la sistemática, cuya ley se conoce, causa una deriva regular y, por lo tanto, puede compensarse por computadora; y la aleatoria, causada por factores aleatorios. La tasa de deriva sistemática se expresa mediante el desplazamiento angular por unidad de tiempo, mientras que la tasa de deriva aleatoria se expresa mediante la media cuadrática del desplazamiento angular por unidad de tiempo o la desviación estándar. El rango aproximado de tasas de deriva aleatoria de varios tipos de giroscopios se muestra en la Tabla 2.Tipo de giroscopioTasa de deriva aleatoria/(°)·h-1Giroscopio con cojinetes de bolas10-1Giroscopio con cojinetes giratorios1-0.1Giroscopio de flotador líquido0,01-0,001Giroscopio de flotador de aire0,01-0,001Giroscopio ajustado dinámicamente0,01-0,001Giroscopio electrostático0,01-0,0001Giroscopio resonante hemisférico0,1-0,01Giroscopio láser de anillo0,01-0,001Giroscopio de fibra óptica1-0.1Tabla 2 Tasas de deriva aleatoria de varios tipos de giroscopios El rango aproximado de la tasa de deriva aleatoria del giroscopio requerido por varias aplicaciones se muestra en la Tabla 3. El índice típico de precisión de posicionamiento del sistema de navegación inercial es 1n milla/h (1n milla=1852m), lo que requiere que la tasa de deriva aleatoria del giroscopio alcance 0,01(°)/h, por lo que el giroscopio con una tasa de deriva aleatoria de 0,01(°)/h generalmente se denomina giroscopio de navegación inercial.SolicitudRequisitos para la tasa de deriva aleatoria del giroscopio/(°)·h-1Giroscopio de velocidad en el sistema de control de vuelo150-10Giroscopio vertical en el sistema de control de vuelo30-10Giroscopio direccional en el sistema de control de vuelo10-1Sistema de guía inercial de misiles tácticos1-0.1Brújula giroscópica marina, sistema de actitud de rumbo con correa, posición lateral de artillería, sistema de navegación inercial de vehículos terrestres0,1-0,01Sistemas de navegación inercial para aeronaves y barcos0,01-0,001Sistema de guía inercial de misiles estratégicos y de misiles de crucero0,01-0,0005Tabla 3 Requisitos para la tasa de deriva aleatoria del giroscopio en diversas aplicaciones Comparación de tres giroscopios MEMS de grado de navegaciónLa serie MG de Micro-Magic Inc. es un giroscopio MEMS de navegación con un alto nivel de precisión para satisfacer las necesidades de diversos campos. La siguiente tabla compara el alcance, la inestabilidad de polarización, el desplazamiento aleatorio angular, la estabilidad de polarización, el factor de escala, el ancho de banda y el ruido.　MG-101MG-401MG-501Rango dinámico (grados/s)±100±400±500Inestabilidad de sesgo (grados/hora)0.10.52Paseo aleatorio angular (°/√h)0.0050,025~0,050,125-0,1Estabilidad de sesgo (1σ 10 s) (grados/h)0.10.52~5Tabla 4 Tabla de comparación de parámetros de tres giroscopios MEMS de grado de navegaciónEspero que este artículo le ayude a comprender los indicadores técnicos de los giroscopios MEMS de navegación y su relación comparativa. Si le interesa saber más sobre los giroscopios MEMS, contáctenos. MG502Giroscopio MEMS MG502  

Puntos claveProducto: Sistema de navegación inercial puro (INS) basado en IMUCaracterísticas principales:Componentes: Utiliza acelerómetros y giroscopios MEMS para la medición en tiempo real de la aceleración y la velocidad angular.Función: Integra datos de posición y actitud iniciales con mediciones IMU para calcular la posición y actitud en tiempo real.Aplicaciones: Ideal para navegación en interiores, aeroespacial, sistemas autónomos y robótica.Desafíos: aborda errores de sensores, deriva acumulativa e impactos ambientales dinámicos con métodos de calibración y filtrado.Conclusión: Proporciona un posicionamiento preciso en entornos desafiantes, con un rendimiento sólido cuando se combina con sistemas de posicionamiento auxiliares como GPS. El giroscopio MEMS depende de la velocidad angular sensible a la fuerza de Coriolis, y su sistema de control se divide en un bucle de control del modo de accionamiento y un bucle de control del modo de detección. Solo garantizando el seguimiento en tiempo real de la amplitud de vibración y la frecuencia de resonancia del modo de accionamiento, la demodulación del canal de detección puede obtener información precisa sobre la velocidad angular de entrada. Este artículo analizará el bucle de control del modo de accionamiento del giroscopio MEMS desde diversos aspectos.Modelo de bucle de control modal de accionamientoEl desplazamiento de vibración del modo de accionamiento del giroscopio MEMS se convierte en un cambio de capacitancia a través de la estructura de detección del condensador de peine, y luego la capacitancia se convierte en la señal de voltaje que caracteriza el desplazamiento del accionamiento del giroscopio a través del circuito del diodo de anillo. Después de eso, la señal entrará en dos ramas respectivamente, una señal a través del módulo de control automático de ganancia (AGC) para lograr el control de amplitud, y otra señal a través del módulo de bucle de enganche de fase (PLL) para lograr el control de fase. En el módulo AGC, la amplitud de la señal de desplazamiento del accionamiento se demodula primero mediante multiplicación y filtro paso bajo, y luego la amplitud se controla en el valor de referencia establecido a través del enlace PI y se emite la señal de control de la amplitud del accionamiento. La señal de referencia utilizada para la demodulación por multiplicación en el módulo PLL es ortogonal a la señal de referencia de demodulación utilizada en el módulo AGC. Después de que la señal pasa por el módulo PLL, se puede rastrear la frecuencia de resonancia de accionamiento del giroscopio. La salida del módulo es la señal de control de la fase de accionamiento. Las dos señales de control se multiplican para generar el voltaje de accionamiento del giroscopio, que se aplica al peine de accionamiento y se convierte en fuerza electrostática para activar el modo de accionamiento del giroscopio, formando así un bucle de control cerrado. La Figura 1 muestra el bucle de control del modo de accionamiento de un giroscopio MEMS.Figura 1. Diagrama de bloques de la estructura de control del modo de accionamiento del giroscopio MEMSFunción de transferencia modal de accionamientoDe acuerdo con la ecuación dinámica del modo de accionamiento del giroscopio MEMS vibratorio, la función de transferencia de dominio continuo se puede obtener mediante la transformada de Laplace:Donde, mx es la masa equivalente del modo de accionamiento del giroscopio, ωx=√kx/mx es la frecuencia de resonancia del modo de accionamiento y Qx = mxωx/cx es el factor de calidad del modo de accionamiento.Enlace de conversión de desplazamiento-capacitanciaSegún el análisis de la capacitancia de detección de los dientes del peine, el vínculo de conversión de capacitancia-desplazamiento es lineal cuando se ignora el efecto del borde, y la ganancia de la capacitancia diferencial que cambia con el desplazamiento se puede expresar como:Donde, nx es el número de peines activos impulsados ​​por el modo giroscópico, ε0 es la constante dieléctrica de vacío, hx es el espesor de los peines de detección de accionamiento, lx es la longitud de superposición de los peines de detección de accionamiento activos y fijos en reposo, y dx es la distancia entre los dientes.Enlace de conversión de capacitancia-voltajeEl circuito de conversión de voltaje de capacitor utilizado en este artículo es un circuito de diodo de anillo, y su diagrama esquemático se muestra en la Figura 2.Figura 2 Diagrama esquemático del circuito de diodo de anilloEn la figura, C1 y C2 son condensadores de detección diferencial del giroscopio, C3 y C4 son condensadores de demodulación, y Vca son amplitudes de onda cuadrada. El principio de funcionamiento es el siguiente: cuando la onda cuadrada está en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 se activan, y el condensador C1 carga C4 y C2 carga C3. Cuando la onda cuadrada está en el semiciclo positivo, los diodos D1 y D3 se activan, y el condensador C1 se descarga a C3 y C2 a C4. De esta manera, tras varios ciclos de onda cuadrada, la tensión en los condensadores demodulados C3 y C4 se estabiliza. Su expresión de tensión es:Para el giroscopio micromecánico de silicio estudiado en este artículo, su capacitancia estática es del orden de varios pF y la variación de capacitancia es menor a 0,5 pF, mientras que la capacitancia de demodulación utilizada en el circuito es del orden de 100 pF, por lo que existen CC0》∆C y C2》∆C2, y la ganancia de conversión de voltaje del capacitor se obtiene mediante una fórmula simplificada:Donde, Kpa es el factor de amplificación del amplificador diferencial, C0 es la capacitancia de demodulación, C es la capacitancia estática de la capacitancia de detección, Vca es la amplitud de la portadora y VD es la caída de voltaje del diodo.Enlace de conversión de capacitancia-voltajeEl control de fase es un componente importante del control de accionamiento de giroscopios MEMS. La tecnología de bucle de enganche de fase permite rastrear el cambio de frecuencia de la señal de entrada en su banda de frecuencia capturada y bloquear el desplazamiento de fase. Por lo tanto, este artículo utiliza la tecnología de bucle de enganche de fase para el control de fase del giroscopio, cuyo diagrama de bloques estructural básico se muestra en la Figura 3.Figura 3. Diagrama de bloques de la estructura básica del PLL.PLL es un sistema de regulación automática de fase de retroalimentación negativa, su principio de funcionamiento se puede resumir de la siguiente manera: La señal de entrada externa ui(t) y la salida de la señal de retroalimentación uo(t) del VCO se ingresan al discriminador de fase al mismo tiempo para completar la comparación de fase de las dos señales, y el extremo de salida del discriminador de fase emite una señal de voltaje de error ud(t) que refleja la diferencia de fase θe(t) de las dos señales; La señal a través del filtro de bucle filtrará los componentes de alta frecuencia y el ruido, obtendrá un oscilador de control de voltaje uc(t), el oscilador de control de voltaje ajustará la frecuencia de la señal de salida de acuerdo con este voltaje de control, de modo que se acerque gradualmente a la frecuencia de la señal de entrada, y la señal de salida final uo(t), cuando la frecuencia de ui(t) es igual a uo(t) o un valor estable, el bucle alcanza un estado bloqueado.Control automático de gananciaEl control automático de ganancia (AGC) es un sistema de retroalimentación negativa de bucle cerrado con control de amplitud que, combinado con un bucle de enganche de fase, proporciona una vibración estable en amplitud y fase para el modo de accionamiento del giroscopio. Su diagrama estructural se muestra en la Figura 4.Figura 4. Diagrama de bloques de la estructura de control automático de gananciaEl principio de funcionamiento del control automático de ganancia se puede resumir de la siguiente manera: la señal ui(t) con la información de desplazamiento del impulsor del giroscopio se ingresa al enlace de detección de amplitud, la señal de amplitud de desplazamiento del impulsor se extrae mediante demodulación por multiplicación y luego el componente de alta frecuencia y el ruido se filtran mediante un filtro de paso bajo; En este momento, la señal es una señal de voltaje de CC relativamente pura que caracteriza el desplazamiento del impulsor, y luego controla la señal en el valor de referencia dado a través de un enlace PI y emite la señal eléctrica ua(t) que controla la amplitud del impulsor para completar el control de amplitud.ConclusiónEn este artículo, se presenta el bucle de control del modo de conducción del giroscopio MEMS, incluyendo el modelo, la conversión de desbloqueo a capacitancia, la conversión de capacitancia a voltaje, el bucle de enganche de fase y el control automático de ganancia. Como fabricante de sensores giroscópicos MEMS, Micro-Magic Inc. ha realizado una investigación exhaustiva sobre los giroscopios MEMS y ha difundido y compartido con frecuencia sus conocimientos relevantes. Para una comprensión más profunda del giroscopio MEMS, puede consultar los parámetros de MG-501 y MG1001.Si está interesado en más conocimientos y productos de MEMS, póngase en contacto con nosotros. MG502Giroscopio MEMS MG502   

Puntos clave**Producto:** Giroscopio MEMS para instrumentos inerciales**Características:**– **Materiales:** Aleaciones metálicas, materiales funcionales, polímeros orgánicos, no metales inorgánicos– **Influyentes de estabilidad:** Defectos microscópicos, tamaño de grano, textura, tensión interna– **Impacto ambiental:** El rendimiento se ve afectado por la sobrecarga, la vibración y los ciclos de temperatura.– **Regulación de la microestructura:** Uso de compuestos de SiC/Al para reducir la densidad de dislocaciones y mejorar la resistencia**Ventajas:** Mejora la precisión y estabilidad a largo plazo, el control de microestructura personalizado garantiza confiabilidad en condiciones variables, crucial para aplicaciones en la industria aeroespacial y el registro de precisión.En los últimos años, con el rápido desarrollo de la industria petrolera, la industria aeroespacial, la minería, la topografía y la cartografía, entre otros campos, la precisión y la estabilidad a largo plazo de instrumentos de precisión como los giroscopios MEMS se han vuelto cada vez más urgentes. Diversos estudios han demostrado que la inestabilidad dimensional de los materiales es una de las principales causas de la baja precisión y estabilidad de los instrumentos inerciales. La estabilidad dimensional, a diferencia de la expansión térmica o el rendimiento de ciclos térmicos, es el principal indicador de rendimiento de los materiales de piezas mecánicas de precisión y se refiere a la capacidad de las piezas para mantener su tamaño y forma originales en un entorno específico.Material para instrumentos inerciales basados ​​en giroscopios MEMSHay cuatro tipos principales de materiales de componentes de instrumentos inerciales, uno es el metal (como aluminio y aleación de aluminio, acero inoxidable, cobre y aleación de cobre, aleación de titanio, berilio, oro, etc.) y sus materiales compuestos; segundo, materiales funcionales (como aleación magnética blanda de hierro-níquel, aleación magnética dura de samario-cobalto, aleación magnética dura de Al-níquel-cobalto, etc.); tercero, polímeros orgánicos (como politetrafluoroetileno, caucho, resina epoxi, etc.); el cuarto es no metal inorgánico (como vidrio de cuarzo, cerámica procesable, etc.), de los cuales la mayor cantidad es metal y sus materiales compuestos.En los últimos años, hemos logrado avances en la fabricación de mecanizado de alta precisión y en la tecnología de ensamblaje de bajo/libre estrés. Sin embargo, aún observamos que, tras la entrega del instrumento, la precisión se desvía lentamente y no se logra una estabilidad a largo plazo. De hecho, una vez determinado el diseño estructural, el procesamiento de las piezas y el proceso de ensamblaje, la estabilidad a largo plazo de la precisión del instrumento depende de las características intrínsecas del material.Las propiedades intrínsecas del material (como defectos microscópicos, segunda fase, tamaño de grano, textura, etc.) afectan directamente la estabilidad dimensional del material. Además, el material del instrumento también experimentará cambios dimensionales irreversibles bajo la interacción con el entorno externo (campo de tensión, campo de temperatura y tiempo, etc.). La Figura 1 muestra la relación entre la precisión del instrumento inercial y las condiciones de servicio, la microestructura del material y el cambio de tamaño. Tomando como ejemplo el giroscopio MEMS, sus condiciones de trabajo y el entorno de almacenamiento tienen un impacto en la estabilidad dimensional del material. Incluso si el giroscopio MEMS tiene un sistema de control de temperatura, si la microestructura del material en sí es inestable, hay una segunda fase metaestable o hay tensión residual macro/micro durante el ensamblaje, la precisión del instrumento se desviará.Figura 1 Relación entre la precisión de los instrumentos inerciales, las condiciones de servicio, la microestructura y los cambios dimensionales.Factores influyentes del cambio materialLas propiedades intrínsecas de los materiales del giroscopio MEMS incluyen principalmente defectos microscópicos, segunda fase, grano, textura y tensión interna, etc. Los factores ambientales externos interactúan principalmente con las propiedades intrínsecas para provocar cambios dimensionales.1. Densidad y morfología de los defectos microscópicosLos defectos microscópicos en metales y aleaciones incluyen vacantes, dislocaciones, maclas y límites de grano, entre otros. La dislocación es el tipo más común de defecto microscópico y se refiere a los defectos formados por la disposición irregular de átomos en cristales con una disposición regular, como la ausencia o el aumento de la mitad del plano atómico de la dislocación de borde. Debido a que la dislocación introduce volumen libre en cristales perfectos, se producen cambios en el tamaño del material, como se muestra en la Figura 2. Sin embargo, con el mismo número de átomos, la presencia de dislocación hace que aparezca volumen libre alrededor de los átomos, lo que se refleja en el aumento del tamaño de la aleación.Figura 2 Esquema del efecto de la densidad de defectos microscópicos en los materiales sobre la dimensión del material.2. Influencia del grano y la textura en la estabilidadSe deriva la relación entre la deformación ε del metal o aleación bajo la tensión aplicada σ y el tamaño de grano d del material, la densidad ρ de la dislocación móvil, la tensión σ0 requerida para que comience la primera dislocación y el módulo de corte G del material:Se puede ver a partir de la fórmula que el refinamiento del grano puede reducir la tensión generada, que también es la dirección rectora de la regulación de la microestructura en el proceso de estabilización.Además, en la producción real, al utilizar barras extruidas y placas laminadas para procesar componentes de instrumentos de precisión, también es necesario prestar atención a la anisotropía del material, como se muestra en la Figura 3. Tomando como ejemplo la aleación 2024Al para el marco de un giroscopio mecánico, el marco de la Figura 3(a) generalmente utiliza una barra de aleación de aluminio 2024 extruida. Debido a la gran deformación plástica, los granos mostrarán una orientación preferencial para formar textura, como se muestra en las Figuras 3(b) y (c). La textura se refiere al estado en el que la orientación cristalina del material policristalino se desvía significativamente de la distribución aleatoria.Figura 3 Microestructura de la varilla de aleación 2024Al para marcos de giroscopios mecánicosProductos en el artículo3. La influencia del entorno en la estabilidad dimensional de los materiales. En general, los instrumentos inerciales necesitan mantener una precisión estable a largo plazo en condiciones como sobrecargas elevadas, vibraciones, impactos y fluctuaciones térmicas, lo que exige requisitos de estabilización más exigentes para la microestructura y las propiedades de los materiales. En el ejemplo de los compuestos de SiC/2024Al de grado instrumental, la estabilidad dimensional a largo plazo se consigue mediante un proceso de estabilización en la fabricación de estructuras de instrumentos inerciales. Los resultados muestran que la amplitud del cambio de tamaño (~1,5 × 10⁻⁴) causada por el proceso de mantenimiento a temperatura constante del compuesto de SiC/aluminio puro (solo la tensión interna influye en el cambio de tamaño) es mayor que la del proceso de mantenimiento a temperatura constante de la aleación de aluminio (solo la precipitación por envejecimiento influye en el cambio de tamaño) (~-0,8 × 10⁻⁴). Cuando la matriz se convierte en aleación de Al, el efecto de la tensión interna del compuesto en el cambio dimensional se amplifica aún más, como se muestra en la Figura 4. Además, en diferentes entornos de servicio, la tendencia al cambio de la tensión interna del mismo material es diferente, e incluso se puede mostrar una tendencia opuesta al cambio de tamaño. Por ejemplo, los compuestos de SiC/2024Al producen liberación de tensión de compresión a una temperatura constante de 190 °C y el tamaño aumenta, mientras que la liberación de tensión de tracción ocurre a 500 choques de frío y calor a -196 ~ 190 °C y el tamaño disminuye.Por lo tanto, al diseñar y utilizar compuestos de matriz de aluminio, es necesario verificar completamente su carga térmica de servicio, su estado de tensión inicial y el tipo de material de la matriz. Actualmente, la idea de diseño de procesos basada en la estabilización de tensiones consiste en aplicar un choque térmico y de frío que cubra su rango de temperatura de servicio, liberar la tensión interna, formar numerosas estructuras de dislocación estables dentro del material compuesto y promover una gran cantidad de precipitación secundaria.Figura 4 Cambios dimensionales en aleaciones y compuestos de aluminio durante el envejecimiento a temperatura constanteMedidas para mejorar la estabilidad dimensional de los componentes1. Regulación y optimización de microdefectosLa selección de un nuevo sistema de materiales es una forma eficaz de controlar los microdefectos. Por ejemplo, el uso de compuestos de SiC/Al de grado instrumental y partículas cerámicas de SiC para fijar la dislocación en la matriz de aluminio, reducir la densidad de la dislocación móvil o modificar el tipo de defecto en el metal. Tomando como ejemplo los compuestos de SiC/Al, la investigación muestra que cuando la distancia promedio entre las partículas cerámicas en los compuestos se reduce a 250 nm, se puede preparar un compuesto con falla de capa, cuyo límite elástico es un 50 % superior al del compuesto sin falla de capa, como se muestra en la Figura 5.Figura 5 Dos tipos de morfología de material compuestoCabe señalar que, al desarrollar la ruta de control organizacional, también es necesario seleccionar el sistema de materiales adecuado y los parámetros de choque térmico y de frío, en combinación con las condiciones de tensión y el rango de temperatura de trabajo del entorno de servicio del instrumento inercial. Anteriormente, la selección del sistema de materiales y los parámetros del proceso se basaba en la experiencia y en una gran cantidad de datos de rendimiento, lo que resultaba en una base teórica insuficiente para el diseño de procesos debido a la falta de soporte microestructural. En los últimos años, con el continuo desarrollo de la tecnología de pruebas analíticas, se puede lograr la evaluación cuantitativa o semicuantitativa de la densidad y morfología de defectos microscópicos mediante difractómetros de rayos X, microscopios electrónicos de barrido y microscopios electrónicos de transmisión, lo que proporciona soporte técnico para la optimización del sistema de materiales y el análisis de procesos. 2. Regulación del grano y la textura El efecto de la textura en la estabilidad dimensional es la anisotropía que causa el cambio dimensional. Como se mencionó anteriormente, el marco del giroscopio MEMS tiene requisitos verticales extremadamente estrictos en la dirección axial y radial, y el error de procesamiento debe controlarse en el orden de micras para evitar causar la desviación del centroide del giroscopio MEMS. Por esta razón, la barra extruida de 2024Al se sometió a un tratamiento térmico de deformación. La Figura 6 muestra las fotos metalográficas de la deformación por compresión axial del 40% de la aleación de aluminio 2024 extruida y las fotos de la microestructura antes y después de la deformación térmica. Antes del tratamiento térmico de deformación, es difícil calcular el tamaño del grano axial, pero después del tratamiento térmico de deformación, el grado equiaxial del grano en el borde de la barra es de 0,98, y el grado equiaxial del grano aumenta significativamente. Además, la figura muestra que la diferencia de resistencia a la pequeña deformación entre la axial y la radial de la muestra original es de 111,63 MPa, lo que demuestra una fuerte anisotropía. Tras el tratamiento térmico de deformación, los valores de resistencia a la pequeña deformación axial y radial fueron de 163 MPa y 149 MPa, respectivamente. En comparación con la muestra original, la relación entre la resistencia a la pequeña deformación axial y radial pasó de 2,3 antes del tratamiento térmico de deformación a 1,1, lo que indica que la anisotropía del material se eliminó mejor tras el tratamiento térmico de deformación.Figura 6 Diagrama esquemático del tratamiento isotrópico, cambios en la microestructura y pruebas de rendimiento de la varilla de aleación de aluminio.Por lo tanto, cuando se utilizan barras o placas de aleación de aluminio para procesar componentes de instrumentos inerciales, se recomienda aumentar el enlace del tratamiento térmico de deformación, eliminar la textura, lograr una organización isotrópica y evitar la anisotropía de la deformación. La información estadística de la textura se puede obtener mediante EBSD en SEM, TKD en TEM o XRD tridimensional, y los cambios de textura se pueden analizar cuantitativamente.ConclusiónAnte la urgente necesidad de estabilidad de precisión a largo plazo de los instrumentos inerciales, este artículo revisa sistemáticamente la influencia de la estabilidad dimensional desde la perspectiva de la ciencia de los materiales y propone cómo mejorar dicha estabilidad a largo plazo a partir de las características intrínsecas de los materiales. El NF-1000, en un encapsulado cerámico LCC, es un giroscopio MEMS de búsqueda del norte mejorado, basado en el MG-502, cuyo alcance se ha incrementado de 50-100°/s a 500°/s, lo que supone un hito. Los materiales son fundamentales para la estabilidad a largo plazo de los instrumentos y constituyen la base de su óptimo rendimiento. Espero que a través de este artículo puedas comprender el conocimiento del giroscopio MEMS, si quieres saber más información puedes leer productos y artículos relacionados. MG502Giroscopios de un solo eje MEMS de alta precisión MG-502