Taller sobre giroscopios MEMS

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. La ley de la deriva de la constante del instrumento con la temperatura de un giroteodolito es un fenómeno complejo que implica la interacción de múltiples componentes y sistemas dentro del instrumento. La constante del instrumento se refiere al valor de referencia de la medición del giroteodolito en condiciones específicas. Es crucial para garantizar la precisión y la estabilidad de la medición.Los cambios de temperatura provocarán la deriva de las constantes del instrumento, principalmente porque las diferencias en los coeficientes de expansión térmica de los materiales provocan cambios en la estructura del instrumento, y el rendimiento de los componentes electrónicos varía con los cambios de temperatura. Este patrón de deriva suele ser no lineal, ya que los diferentes materiales y componentes responden de forma distinta a la temperatura.Para estudiar la deriva de las constantes del instrumento de un giroteodolito con la temperatura, generalmente se requiere una serie de experimentos y análisis de datos. Esto incluye calibrar y medir el instrumento a diferentes temperaturas, registrar los cambios en las constantes del instrumento y analizar la relación entre la temperatura y las constantes del instrumento.Mediante el análisis de datos experimentales, se puede determinar la tendencia de las constantes del instrumento a cambiar con la temperatura e intentar establecer un modelo matemático que describa esta relación. Estos modelos pueden basarse en regresión lineal, ajuste polinómico u otros métodos estadísticos, y se utilizan para predecir y compensar la deriva de las constantes del instrumento a diferentes temperaturas.Comprender la deriva de las constantes del instrumento de un giroteodolito con la temperatura es fundamental para mejorar la precisión y la estabilidad de las mediciones. Mediante las medidas de compensación correspondientes, como el control de temperatura, la calibración y el procesamiento de datos, se puede reducir el impacto de la temperatura en las constantes del instrumento, mejorando así el rendimiento de las mediciones del giroteodolito.Cabe señalar que las reglas de deriva y los métodos de compensación específicos pueden variar según los diferentes modelos de giroteodolito y los escenarios de aplicación. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, es necesario estudiar e implementar las medidas correspondientes según las situaciones específicas.El estudio del patrón de deriva de las constantes del instrumento del teodolito giroscópico con la temperatura generalmente implica monitorear y analizar el desempeño del instrumento en diferentes condiciones de temperatura.El propósito de dicha investigación es comprender cómo los cambios de temperatura afectan las constantes del instrumento de un teodolito giroscópico y posiblemente encontrar una manera de compensar o corregir este efecto de la temperatura.Las constantes instrumentales generalmente se refieren a las propiedades inherentes de un instrumento en condiciones específicas, como la temperatura estándar. En el caso del giroteodolito, las constantes instrumentales pueden estar relacionadas con la precisión de la medición, la estabilidad, etc.Cuando la temperatura ambiente cambia, las propiedades del material, la estructura mecánica, etc. dentro del instrumento pueden cambiar, lo que afecta las constantes del instrumento.Para estudiar este patrón de deriva, generalmente se requieren los siguientes pasos:Seleccione un rango de diferentes puntos de temperatura para cubrir los entornos operativos que puede encontrar un teodolito giroscópico.Tome múltiples mediciones direccionales en cada punto de temperatura para obtener suficientes muestras de datos.Analice los datos y observe la tendencia de las constantes del instrumento en función de la temperatura.Intente construir un modelo matemático para describir esta relación, como regresión lineal, ajuste polinomial, etc.Utilice este modelo para predecir las constantes del instrumento a diferentes temperaturas y posiblemente desarrollar métodos para compensar los efectos de la temperatura.Un modelo matemático podría verse así:K(T) = a + b × T + c × T^2 + …Entre ellos, K(T) es la constante del instrumento a la temperatura T, y a, b, c, etc. son los coeficientes a ajustar.Este tipo de investigación es de gran importancia para mejorar el rendimiento del teodolito giroscópico en diferentes condiciones ambientales.Cabe señalar que los métodos de investigación específicos y los modelos matemáticos pueden variar según los modelos de instrumentos específicos y los escenarios de aplicación.ResumirLa ley de la deriva de la constante del instrumento con la temperatura de un giroteodolito es un fenómeno complejo que implica la interacción de múltiples componentes y sistemas dentro del instrumento. La constante del instrumento se refiere al valor de referencia de la medición del giroteodolito en condiciones específicas. Es crucial para garantizar la precisión y la estabilidad de la medición.Los cambios de temperatura provocarán la deriva de las constantes del instrumento, principalmente porque las diferencias en los coeficientes de expansión térmica de los materiales provocan cambios en la estructura del instrumento, y el rendimiento de los componentes electrónicos varía con los cambios de temperatura. Este patrón de deriva suele ser no lineal, ya que los diferentes materiales y componentes responden de forma distinta a la temperatura.Para estudiar la deriva de las constantes del instrumento de un giroteodolito con la temperatura, generalmente se requiere una serie de experimentos y análisis de datos. Esto incluye calibrar y medir el instrumento a diferentes temperaturas, registrar los cambios en las constantes del instrumento y analizar la relación entre la temperatura y las constantes del instrumento.Mediante el análisis de datos experimentales, se puede determinar la tendencia de las constantes del instrumento a cambiar con la temperatura e intentar establecer un modelo matemático que describa esta relación. Estos modelos pueden basarse en regresión lineal, ajuste polinómico u otros métodos estadísticos, y se utilizan para predecir y compensar la deriva de las constantes del instrumento a diferentes temperaturas.Comprender la deriva de las constantes del instrumento de un giroteodolito con la temperatura es fundamental para mejorar la precisión y la estabilidad de las mediciones. Mediante las medidas de compensación correspondientes, como el control de temperatura, la calibración y el procesamiento de datos, se puede reducir el impacto de la temperatura en las constantes del instrumento, mejorando así el rendimiento de las mediciones del giroteodolito.Cabe señalar que las reglas de deriva y los métodos de compensación específicos pueden variar según los diferentes modelos de giroteodolito y los escenarios de aplicación. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, es necesario estudiar e implementar las medidas correspondientes según las situaciones específicas.El estudio del patrón de deriva de las constantes del instrumento del teodolito giroscópico con la temperatura generalmente implica monitorear y analizar el desempeño del instrumento en diferentes condiciones de temperatura.El propósito de dicha investigación es comprender cómo los cambios de temperatura afectan las constantes del instrumento de un teodolito giroscópico y posiblemente encontrar una manera de compensar o corregir este efecto de la temperatura.Las constantes instrumentales generalmente se refieren a las propiedades inherentes de un instrumento en condiciones específicas, como la temperatura estándar. En el caso del giroteodolito, las constantes instrumentales pueden estar relacionadas con la precisión de la medición, la estabilidad, etc.Cuando la temperatura ambiente cambia, las propiedades del material, la estructura mecánica, etc. dentro del instrumento pueden cambiar, lo que afecta las constantes del instrumento.Para estudiar este patrón de deriva, generalmente se requieren los siguientes pasos:Seleccione un rango de diferentes puntos de temperatura para cubrir los entornos operativos que puede encontrar un teodolito giroscópico.Tome múltiples mediciones direccionales en cada punto de temperatura para obtener suficientes muestras de datos.Analice los datos y observe la tendencia de las constantes del instrumento en función de la temperatura.Intente construir un modelo matemático para describir esta relación, como regresión lineal, ajuste polinomial, etc.Utilice este modelo para predecir las constantes del instrumento a diferentes temperaturas y posiblemente desarrollar métodos para compensar los efectos de la temperatura.Un modelo matemático podría verse así:K(T) = a + b × T + c × T^2 + …Entre ellos, K(T) es la constante del instrumento a la temperatura T, y a, b, c, etc. son los coeficientes a ajustar.Este tipo de investigación es de gran importancia para mejorar el rendimiento del teodolito giroscópico en diferentes condiciones ambientales.Cabe señalar que los métodos de investigación específicos y los modelos matemáticos pueden variar según los modelos de instrumentos específicos y los escenarios de aplicación. MG502Giroscopio MEMS MG502  

Puntos claveProducto: Sistema de localización del norte de pozos con giroscopio MEMSCaracterísticas principales:Componentes: Emplea giroscopios MEMS para la búsqueda del norte, con tamaño compacto, bajo costo y alta resistencia a los golpes.Función: Utiliza un método mejorado de dos posiciones (90° y 270°) y corrección de actitud en tiempo real para una determinación precisa del norte.Aplicaciones: Optimizado para sistemas de perforación de fondo de pozo en entornos subterráneos complejos.Fusión de datos: combina datos del giroscopio con correcciones de declinación magnética local para el cálculo del norte verdadero, lo que garantiza una navegación precisa durante la perforación.Conclusión: Ofrece capacidades de búsqueda del norte precisas, confiables e independientes, ideales para perforaciones y aplicaciones similares.El nuevo giroscopio MEMS es un tipo de giroscopio inercial de estructura simple, que ofrece las ventajas de bajo costo, tamaño compacto y resistencia a vibraciones de alto impacto. El giroscopio inercial buscador de norte puede completar la búsqueda de norte independiente en cualquier condición climática sin restricciones externas, logrando un trabajo rápido, de alta eficiencia, alta precisión y continuo. Basándose en las ventajas del giroscopio MEMS, este es ideal para sistemas de búsqueda de norte en pozos. Este artículo describe la investigación de fusión segmentada del sistema de búsqueda de norte de pozos con giroscopio MEMS. A continuación, se presentará la búsqueda de norte mejorada de dos posiciones, el esquema de búsqueda de norte de pozos por fusión con giroscopio MEMS y la determinación del valor de búsqueda de norte.Detección mejorada del norte en dos posicionesEl esquema estático de búsqueda del norte con dos posiciones generalmente selecciona 0° y 180° como posiciones inicial y final. Tras repetidos experimentos, se registra la velocidad angular de salida del giroscopio y el ángulo final de búsqueda del norte se obtiene combinando la latitud local. El experimento adoptó el método de dos posiciones cada 10°, recopiló 360° de la plataforma giratoria y obtuvo un total de 36 conjuntos de datos. Tras promediar cada conjunto de datos, los valores de la solución medidos se muestran en la Figura 1.Figura 1 Curva de ajuste de la salida del giroscopio de 0 a 360°Como se puede ver en la Figura 1, la curva de ajuste de salida es una curva coseno, pero los datos experimentales y los ángulos aún son pequeños, y los resultados experimentales carecen de precisión. Se realizaron experimentos repetidos, y el ángulo de adquisición se amplió a 0~660°, y el método de dos posiciones se aplicó cada 10° desde 0°, y los resultados de los datos se muestran en la Figura 2. La tendencia de la imagen es una curva coseno, y existen diferencias obvias en la distribución de los datos. En la cresta y el valle de la curva coseno, la distribución de los puntos de datos es dispersa y el grado de ajuste a la curva es bajo, mientras que en el punto con la pendiente más alta de la curva, el ajuste de los puntos de datos a la curva es más evidente.Figura 2 Curva de ajuste de la salida del giroscopio en dos posiciones 0~660°En combinación con la relación entre el acimut y la amplitud de salida del giroscopio en la Figura 3, se puede concluir que el ajuste de los datos es mejor cuando se adopta la búsqueda del norte en dos posiciones, a 90° y 270°, lo que indica que es más fácil y preciso detectar el ángulo norte en dirección este-oeste. Por lo tanto, en este artículo se utilizan 90° y 270°, en lugar de 0° y 180°, como posiciones de adquisición de la salida del giroscopio para la búsqueda del norte en dos posiciones.Figura 3 Relación entre el azimut y la amplitud de salida del giroscopioFusión de pozos con giroscopio MEMS para búsqueda del norteEl uso de un giroscopio MEMS en un sistema de búsqueda del norte de un pozo se enfrenta a un entorno complejo, con un ángulo de orientación variable durante la perforación, lo que complica considerablemente la solución del ángulo norte. En esta sección, basándose en la mejora del esquema de búsqueda del norte de dos posiciones de la sección anterior, se propone un método para obtener el ángulo de orientación controlando la rotación según la información de salida, obteniendo así el ángulo con el norte incluido. El diagrama de flujo específico se muestra en la Figura 4.El giroscopio MEMS se transmite a la computadora superior a través de la interfaz de datos RS232. Como se muestra en la Figura 4, tras obtener el ángulo norte inicial mediante la búsqueda del norte en las dos posiciones, se realiza el siguiente paso de perforación. Tras recibir la instrucción de búsqueda del norte, la perforación se detiene. La información del ángulo de orientación del giroscopio MEMS se recopila y se transmite a la computadora superior. La rotación del sistema de búsqueda del norte del pozo se controla mediante la información del ángulo de orientación, y los ángulos de balanceo y cabeceo se ajustan a 0. El ángulo de rumbo en este momento es el ángulo entre el eje sensible y la dirección norte magnética.En este esquema, el ángulo entre el giroscopio MEMS y la dirección norte verdadero se puede obtener en tiempo real mediante la recopilación de información del ángulo de actitud.Figura 4 Diagrama de flujo de búsqueda de fusión norteSe determina el valor que busca el norteEn el esquema de búsqueda del norte por fusión, se realizó la búsqueda del norte mejorada de dos posiciones en el giroscopio MEMS. Tras completar la búsqueda del norte, se obtuvo la posición norte inicial, se registró el ángulo de rumbo θ y el estado de actitud inicial fue (0,0,θ), como se muestra en la Figura 5(a). Durante la perforación, el ángulo de actitud del giroscopio cambia, y los ángulos de balanceo y cabeceo se regulan mediante la mesa giratoria, como se muestra en la Figura 5(b).Como se muestra en la Figura 5(b), al perforar la broca, el sistema recibe la información del ángulo de orientación del instrumento de orientación y necesita determinar los valores del ángulo de alabeo γ' y del ángulo de cabeceo β', y rotarlos mediante el sistema de control de rotación para que giren a cero. En este momento, el dato del ángulo de rumbo de salida es el ángulo entre el eje sensible y la dirección norte magnético. El ángulo entre el eje sensible y la dirección norte verdadero debe obtenerse según la relación entre el norte magnético y la dirección norte verdadero, y el ángulo norte verdadero debe obtenerse combinando el ángulo de declinación magnética local. La solución es la siguiente:θ'=Φ-∆φEn la fórmula anterior, θ es el ángulo de dirección de la broca y el norte verdadero, ∆φ es el ángulo de declinación magnética local, Φ es el ángulo de la broca y el norte magnético.Figura 5 Cambio de actitud inicial y de perforación ÁnguloSe determina el valor que busca el norteEn este capítulo, se estudia el esquema de búsqueda del norte del sistema subterráneo de giroscopio MEMS. Basándose en el esquema de búsqueda del norte de dos posiciones, se propone un esquema mejorado de búsqueda del norte de dos posiciones con posiciones iniciales de 90° y 270°. Gracias al continuo progreso de los giroscopios MEMS, los giroscopios de búsqueda del norte MEMS, como el MG2-101, pueden lograr una búsqueda del norte independiente. Su rango de medición dinámico es de 100°/s, funciona en un entorno de -40 °C a +85 °C, presenta una inestabilidad de polarización de 0,1°/h y una desviación aleatoria de la velocidad angular de 0,005°/√h.Espero que pueda comprender el esquema de búsqueda del norte del giroscopio MEMS a través de este artículo y espero poder discutir temas profesionales con usted. MG502Giroscopio MEMS MG502  

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