Aplicações

A frequência de ressonância do chip do acelerômetro é um indicador de desempenho muito importante, estando relacionada à faixa de frequência operacional do sensor.1. Definição de frequência de ressonânciaO próprio sensor acelerômetro também é uma estrutura mecânica, portanto, possui uma frequência natural. Como mostrado na curva de amplitude-frequência da Figura 1, quando a frequência da vibração externa se aproxima da frequência de ressonância, o sensor entra em ressonância e a sensibilidade do acelerômetro aumenta rapidamente. A frequência correspondente nesse instante é a frequência de ressonância.2. A influência da frequência de ressonância no desempenho do sensorQuanto menor o sensor, maior a frequência de ressonância. A frequência limite superior do acelerômetro depende da frequência de ressonância na curva amplitude-frequência. Geralmente, a faixa de frequência operacional do sensor acelerômetro é inferior a 1/3 da sua própria frequência de ressonância. Quando a frequência de vibração medida é muito menor que a frequência de ressonância, o sinal de saída do acelerômetro é proporcional à aceleração medida.3. Fatores que afetam a frequência de ressonânciaComo mencionado anteriormente, se a frequência de ressonância do chip do sensor for aumentada, a faixa de frequência operacional pode ser ampliada, a banda de frequência plana do sensor se tornará mais ampla, a faixa de operação será maior, o acelerômetro poderá ser usado em mais cenários e sua aplicabilidade será melhorada. Mas, na verdade, o aumento da frequência de ressonância também é limitado. De acordo com a seguinte fórmula, quanto menor o bloco de massa, maior a frequência de ressonância.Onde f0 é a frequência de ressonância, K é a rigidez equivalente do acelerômetro e M é a massa equivalente do sensor.Portanto, a frequência de ressonância é uma restrição rígida que determina a faixa de resposta de frequência disponível do acelerômetro. Um projeto e aplicação adequados exigem que a frequência de operação seja limitada a menos de 1/3 da frequência de ressonância e, em aplicações de alta precisão, a menos de 1/5 para garantir linearidade e confiabilidade. A resposta de frequência do ADXL356 mostrada na Figura 2 apresenta uma frequência de ressonância de aproximadamente 5,5 kHz e uma largura de banda de 3 dB de 2,5 kHz. Em aplicações de alta precisão, a frequência de corte do filtro passa-baixa geralmente é definida para menos de 1 kHz.

Prévia rápida do conteúdo do artigo No campo da tecnologia de navegação moderna, precisão e confiabilidade são requisitos cruciais. Sistemas de defesa militar, veículos aeroespaciais, navios oceânicos e veículos autônomos necessitam de soluções de navegação de alta precisão. Dentre os inúmeros sensores de navegação, o giroscópio de fibra óptica (FOG) tornou-se o componente central dos sistemas de navegação de precisão devido às suas vantagens exclusivas. O giroscópio de fibra óptica consiste em uma fonte de luz laser, uma bobina de fibra óptica, um acoplador e um fotodetector, e seu princípio de funcionamento baseia-se no efeito Sagnac. O laser é dividido em dois feixes que se propagam na bobina de fibra nos sentidos horário e anti-horário, respectivamente. Quando o sistema está parado, os dois feixes de luz retornam simultaneamente e interferem destrutivamente; quando o sistema gira, os dois feixes de luz produzem uma diferença de fase, e, ao detectar essa diferença de fase, a velocidade angular de rotação pode ser medida com precisão. Características técnicas do giroscópio de fibra óptica 1.       Alta precisão e alta estabilidade: Os giroscópios de fibra óptica não possuem componentes mecânicos rotativos, evitando o desgaste e problemas de deriva dos giroscópios mecânicos tradicionais e possuem altíssima precisão de medição. Precisão e estabilidade a longo prazo. A deriva dos modernos FOG de alta precisão pode atingir valores abaixo de 0,001/h.2.       Resposta rápidaGraças ao uso de princípios de medição óptica, os giroscópios de fibra óptica possuem velocidades extremamente altas. velocidade de resposta e capacidade de detectar mudanças angulares instantâneas em tempo real, o que é crucial para Controle preciso de objetos em movimento de alta velocidade.3.       Forte capacidade anti-interferênciaOs giroscópios de fibra óptica possuem forte resistência à interferência eletromagnética, vibração e impacto, tornando-os adequados para trabalhar em ambientes hostis, como os setores aeroespacial e militar, e outras aplicações.4.       Longa vida útil e sem necessidade de manutençãoO design sem partes móveis confere ao giroscópio de fibra óptica uma vida útil extremamente longa. vida útil, geralmente de até 10 anos ou mais, e requer manutenção mínima, reduzindo bastante o custo de utilização.5.       Ampla faixa dinâmicaOs giroscópios de fibra óptica modernos são capazes de medir velocidades angulares que variam de 0,001°/h até 1000 °/s, abrangendo uma ampla gama de necessidades de medição, desde extremamente baixas a velocidades ultra-altas. Principais áreas de aplicação do giroscópio de fibra óptica 1.              Campo AeroespacialO giroscópio de fibra óptica é um componente essencial nos sistemas de navegação e orientação de aeronaves, espaçonaves e outros veículos, sendo utilizado para medir com precisão a atitude, a velocidade angular e a direção da aeronave, garantindo a segurança do voo e a navegação precisa. No sistema de controle de atitude de satélites, foguetes e outras espaçonaves, os giroscópios de fibra óptica são utilizados para estabilização, orientação e controle de atitude, assegurando a estabilidade da espaçonave no espaço. Em lançamentos de foguetes, são utilizados para rastrear e medir a trajetória de lançamento, garantindo um lançamento preciso.2.              Campo Militar Na orientação de mísseis, o giroscópio de fibra óptica é um componente importante do sistema de orientação, utilizado para fornecer informações precisas de atitude e direção, garantindo a precisão dos impactos do míssil. Em veículos militares, como tanques e veículos blindados, os giroscópios de fibra óptica são usados ​​para fornecer informações de atitude e direção para navegação, controle e mira de artilharia. Na navegação submarina, o sistema de navegação inercial utilizado em submarinos fornece informações precisas de posição e atitude.3.              Outras áreas de aplicaçãoO giroscópio de fibra óptica pode ser usado na navegação marítima, fornecendo informações precisas sobre rumo, atitude e velocidade angular para o controle e navegação da embarcação. Em áreas como exploração de petróleo e mineração, os giroscópios de fibra óptica são utilizados para medir a inclinação e o deslocamento do solo, auxiliando na exploração geológica e no direcionamento de perfurações. Por exemplo, em operações de perfuração direcional, os giroscópios de fibra óptica são usados ​​para medir a orientação precisa e o ângulo de inclinação das brocas, auxiliando no controle de trajetórias complexas em poços. No campo da automação industrial, os giroscópios de fibra óptica são utilizados para o controle de atitude e rastreamento de movimento de robôs, posicionamento e controle de instrumentos de precisão, etc.O desenvolvimento do giroscópio de fibra óptica 1.              Integração e miniaturização Com o desenvolvimento da micro-óptica e da tecnologia de óptica integrada, os giroscópios de fibra óptica estão se tornando cada vez menores e com menor consumo de energia, o que os torna aplicáveis ​​a sistemas portáteis e embarcados. Como uma empresa líder em design e fabricação de sensores inerciais na China, a Micro-Magic Inc. desenvolveu uma série de giroscópios de fibra óptica integrados (G-F50, G-F70, G-F80, G-F98, G-F120) para atender às diversas necessidades dos clientes.2.              Integração MultieixosO giroscópio de fibra óptica (FOG) tradicional de eixo único está evoluindo para uma unidade de medição inercial (IMU) integrada de dois ou três eixos, oferecendo uma solução mais completa para a medição de informações de movimento. A Micro-Magic Inc. fornece os giroscópios de fibra óptica de dois eixos das séries G-F2X70 e G-F2X64 e os giroscópios de fibra óptica de três eixos das séries G-F3X35, G-F3G70, G-F3G90 e G-F3X112.3.              Melhoria de desempenhoAo aprimorar os materiais de fibra óptica, otimizar o projeto óptico e adotar a tecnologia de processamento digital de sinais, a precisão e a estabilidade dos giroscópios de fibra óptica modernos continuam a melhorar. Tomando como exemplo o giroscópio de fibra óptica de alta precisão G-F120H, produzido pela Micro-Magic Inc., a tecnologia óptica integrada avançada e o projeto de circuito fechado FPGA foram adotados para alcançar maior precisão, controle de ruído e eficiência do que tecnologias similares. A estabilidade de polarização zero chega a 0,002. °/h (1σ, 100s), e o coeficiente de caminhada aleatória é ≤ 0,001 °/√hora.  Conclusão O giroscópio de fibra óptica, como sensor central da navegação de precisão moderna, desempenha um papel insubstituível.  Em áreas-chave como militar, aeroespacial, naval e de condução autônoma, os giroscópios de fibra óptica são utilizados devido à sua alta precisão, alta confiabilidade e forte capacidade anti-interferência. Com o avanço contínuo da tecnologia, os giroscópios de fibra óptica estão evoluindo para maior desempenho, tamanho reduzido e custo mais baixo, e seu escopo de aplicação se expandirá ainda mais. Nos futuros sistemas de navegação inteligentes e autônomos, os giroscópios de fibra óptica continuarão a ocupar uma posição central, fornecendo orientação direcional precisa para a exploração e o deslocamento humanos.

A regulação de carga refere-se à variação na tensão de saída quando a corrente de carga é ajustada de um valor mínimo para um valor máximo, enquanto a tensão de entrada permanece inalterada. Ou seja, é a capacidade de manter uma tensão de saída estável quando a corrente de carga varia de forma constante. É um indicador de regime permanente. O indicador de regulação de carga na saída é geralmente expresso em mV na especificação do LDO. Pela definição, pode-se observar que quanto menor a regulação de carga, melhor. Quando a corrente de carga muda repentinamente, quanto menor a variação na tensão de saída, melhor o desempenho do LDO.Para fontes de alimentação LDO, a tensão de saída varia de acordo com a corrente de carga. Por exemplo, supondo que a corrente de carga de um determinado LDO varie de 10 mA para 300 mA, a tensão de saída varia de 3,3 V para 3,28 V. Ou seja, quando a corrente de carga é de 10 mA, a tensão de saída é de 3,3 V; quando a corrente de carga é de 300 mA, a tensão de saída é de 3,28 V. Se a regulação da carga for expressa em mV, temos 3,3 V - 3,28 V = 0,02 V = 20 mV. Isso significa que, quando a corrente de carga está entre 10 mA e 300 mA, a variação máxima da tensão de saída não excede 20 mV.Capacitores de saída de diferentes tamanhos apresentam diferentes taxas de regulação de carga. Quanto maior o capacitor de saída, mais estável será a tensão de saída.Na figura abaixo, quando a corrente verde Iout aumenta repentinamente, a saída do LDO apresenta uma queda, que representa a taxa de regulação de carga.

Um minuto para ler os pontos principais do artigo.Aplicação do módulo de conversão de frequência de corrente em sistema de sensor inercial O módulo de interface de integração de carga desempenha um papel crucial em sistemas de medição de sensores inerciais (especialmente sensores inerciais MEMS capacitivos), particularmente em aplicações que exigem alta precisão, baixo ruído e ampla faixa dinâmica. Seu principal valor reside na conversão direta e de alta fidelidade do sinal de carga fraco emitido pelo sensor em um sinal de frequência digital. A seguir, são apresentadas as aplicações típicas e as vantagens do módulo de interface de integração de carga em sistemas de sensores inerciais: Capacitivo Acelerômetro MEMSLeitura do sinal do giroscópio O módulo integrador de carga I/F é usado para detectar pequenas variações de capacitância nos sinais de saída de sensores inerciais MEMS (acelerômetros, giroscópios). Ele mede a carga diretamente e é extremamente sensível a variações de carga na ordem de fC (coulomb voador), sendo capaz de detectar forças inerciais extremamente pequenas. O próprio processo de integração funciona como um filtro passa-baixa, capaz de suprimir eficazmente ruídos de alta frequência. Ao utilizar sinais de frequência como saída, torna-se insensível a ruídos de amplitude e interferências no caminho de transmissão, sendo adequado para transmissão de longa distância ou uso em ambientes ruidosos. Sensor inercial de alta precisão/equilíbrio de força (servo/feedback de força) Nos sensores inerciais de altíssima precisão, como MEMS de nível de navegação ou acelerômetros de feixe de quartzo, um modo de operação em malha fechada com equilíbrio de força é comumente adotado. O pequeno deslocamento detectado (percebido por meio de mudanças de capacitância/carga) é convertido em força de realimentação, que é aplicada de volta ao bloco de massa para mantê-la próxima de zero. Nesse processo de projeto, o módulo de interface desempenha um papel duplo como fonte de sinal para detecção de entrada e como conversor digital-analógico (DAC) de realimentação. Isso resulta em ultraprecisão, estabilidade e controle de força preciso. Ao mesmo tempo, simplifica a arquitetura de controle em malha fechada, permitindo que todo o sistema em malha fechada seja implementado de forma eficiente nos domínios de carga/frequência/digital. Cenários típicos de aplicação l  Navegação e posicionamento de alta precisão: sistemas de navegação inercial de alta precisão e unidades de medição inercial para aviação, aeroespacial (satélites, foguetes), navios e veículos terrestres. Os requisitos de estabilidade de viés zero, ruído e linearidade do fator de escala são extremamente elevados.l  O monitoramento de terremotos e a exploração geofísica exigem a medição de vibrações do solo extremamente fracas (aceleração da ordem de μg), com requisitos rigorosos de ruído de baixa frequência e faixa dinâmica.l  Automação industrial e robótica: controle de movimento de precisão, estabilidade da plataforma, monitoramento de vibração.l  Monitoramento da integridade estrutural: detecção de pequenas deformações e vibrações em grandes edifícios, pontes e barragens.l  Eletrônica automotiva: sistemas avançados de assistência ao condutor, IMUs MEMS de alto desempenho necessários para a condução autônoma. Produtos de Módulos de Conversão I/F Como projetista e fabricante de sensores inerciais, a Micro-Magic Inc. projetou e fabricou uma série de produtos de sensores inerciais de alta precisão, como acelerômetros flexíveis de quartzo, giroscópios de fibra óptica, IMUs, INS, sensores de direção norte e inclinômetros. Simultaneamente, desenvolveu em conjunto módulos de interface de vídeo (V/F) da série AVI. AVI-F  AVI-E  AVI-B Índice de desempenhoEspecificaçãoAVI-FAVI-EAVI-BUnidadeFrequência máxima de saída256512512kHzPosição zero F01020100nAEstabilidade zero5510ppmCoeficiente de temperatura do fator de escala10,51ppm/℃Assimetria do fator de escala103030ppmfator de escala não linearidade abrangente153030ppmErro de sinal pequeno0,20,50,5Hz               Conclusão O módulo de integração de carga (I/F) é uma das tecnologias-chave para alcançar leitura de sinal de alta precisão e desempenho em sensores inerciais capacitivos, especialmente acelerômetros e giroscópios MEMS. É um componente essencial em aplicações avançadas de medição inercial que exigem baixíssimo ruído, ultra-alta linearidade, ampla faixa dinâmica e controle digital em malha fechada, fornecendo uma solução crítica para a cadeia de sinal de sensores inerciais de alta tecnologia em níveis de navegação, tático e até mesmo industrial. Com o avanço da tecnologia MEMS e de circuitos de leitura, os esquemas de leitura baseados no princípio de integração de carga continuam a desempenhar um papel importante no campo de sensores inerciais de alto desempenho.AVI-BAVI-EAVI-F 

A Taxa de Rejeição da Fonte de Alimentação (PSRR, na sigla em inglês) refere-se à relação entre a tensão de ondulação de entrada e a tensão de ondulação de saída, em decibéis (dB), e sua expressão é:A importância do PSRR reside na quantificação do grau de transmissão das variações na potência de entrada para a saída. Por exemplo, se o PSRR de um determinado circuito for de 60 dB, então, para cada variação de 1 V na tensão de entrada da fonte de alimentação, a saída flutuará apenas 1 mV. Esse indicador é particularmente importante em circuitos analógicos (como amplificadores operacionais e reguladores de tensão), pois o ruído na fonte de alimentação pode levar diretamente à distorção do sinal ou à degradação do desempenho do sistema.Os fatores que afetam a PSRR (Rejeição de Ruído de Fonte de Alimentação) da fonte de alimentação LDO não estão relacionados apenas à frequência de ondulação, mas também à corrente de carga, à diferença de tensão entre entrada e saída e ao valor da capacitância do capacitor de saída. Especificamente, isso se reflete no seguinte: quanto menor a queda de tensão, maior a corrente de carga, maior a frequência e menor o capacitor de saída, menor será a PSRR. Portanto, quando se exige uma alta taxa de rejeição de modo comum, é necessário aumentar adequadamente a diferença de tensão, aumentar o capacitor de saída e reduzir a corrente de carga. A Figura 1 mostra um diagrama esquemático da relação entre a PSRR e a frequência do chip de fonte de alimentação LDO AP2210. A partir do diagrama, pode-se observar que sua PSRR pode atingir 75 dB em baixa frequência.Figura 1: PSRR vs. FrequênciaNormalmente, a fonte de alimentação LDO possui uma alta taxa de rejeição de ruído (PSRR), resultando em baixa ondulação na saída. Portanto, ao projetar o circuito de alimentação de um sensor, especialmente sensores com saída analógica, para garantir a precisão do sensor, geralmente utiliza-se uma fonte LDO de baixo ruído e baixa ondulação. A ondulação na saída de uma fonte de alimentação chaveada é alta e bastante afetada pela carga. Em termos de eficiência, a fonte de alimentação chaveada é superior à LDO e gera menos calor. Por isso, geralmente utiliza-se a fonte de alimentação chaveada em conjunto com a LDO, aproveitando a alta taxa de rejeição de ruído (PSRR) da LDO para suprimir a ondulação na saída da fonte chaveada.

No campo fundamental da navegação autônoma para veículos aéreos não tripulados, a precisão, a confiabilidade e a estabilidade da percepção de direção determinam diretamente o sucesso ou o fracasso da missão. A bússola eletrônica de atitude completa de seis eixos de alta precisão da série C9000, lançada pela Micro-Magic Inc., fornece soluções precisas de percepção de atitude para veículos aéreos não tripulados e aeronaves em todas as condições climáticas e de terreno, com padrões técnicos de nível militar e design de nível industrial, dotando os dispositivos com o olhar inteligente da "percepção de direção".A série C9000 é composta por microcontroladores de nível industrial com alta confiabilidade e forte capacidade anti-interferência, sensores de inclinação de alta precisão, sensores de fluxo magnético de três eixos com tecnologia patenteada integrada e chips de driver. Os algoritmos de calibração magnética rígida e suave, desenvolvidos internamente, permitem que a bússola elimine a influência de campos magnéticos mesmo em ambientes com interferência magnética. Ao integrar magnetômetros para medição do campo geomagnético e acelerômetros para compensação dinâmica, é possível alcançar precisão de direção subgrau em ambientes eletromagnéticos complexos, resolvendo o problema de referência de atitude quando os sinais de GPS são obstruídos. Em voos autônomos de veículos aéreos não tripulados, a bússola eletrônica de seis eixos da série C9000 pode corrigir a deriva de direção causada por interferência magnética em tempo real e utiliza um algoritmo patenteado de compensação de inclinação para compensar uma ampla gama de ângulos de inclinação, garantindo a estabilidade do voo e fornecendo informações de navegação de alta precisão em tempo real, mesmo em ambientes extremamente adversos. As vantagens da bússola de alta precisão da série C9000 refletem-se principalmente nos seguintes aspectos: 1. Capacidade de navegação de altíssima precisãoAo capturar a componente horizontal do campo magnético da Terra por meio de um sensor magnético e combiná-la com um algoritmo patenteado de compensação de inclinação, a compensação de direção é aplicada a uma ampla gama de ângulos de inclinação, atingindo uma precisão de direção de 0,2° RMS (ângulo de inclinação).

Para evitar que o usuário da fonte de alimentação conecte acidentalmente o cabo de alimentação de forma incorreta, causando a queima da fonte, geralmente é necessário um circuito anti-inversão na entrada da fonte. Ao mesmo tempo, para garantir que a tensão de entrada permaneça dentro de uma faixa segura, também é preciso protegê-la contra sobretensão.O circuito mostrado na Figura 1 realiza a função integrada de proteção contra inversão de polaridade e sobretensão.Sua função de proteção contra sobretensão é analisada da seguinte forma: Quando Vin está na faixa normal de tensão de entrada, o regulador de tensão Z1 não apresenta ruptura reversa, a corrente em R2 e R3 é basicamente 0, o Vbe O nível lógico do transistor P1 é 0, ou seja, o transistor PNP não está ligado, e a tensão Vgs O estado do transistor PMOS Q1 é determinado pelo divisor de tensão formado pelos resistores R4 e R5. Quando Vgs é maior que o limiar de condução, o transistor PMOS é ativado, ou seja, a fonte de alimentação funciona normalmente; quando a tensão de entrada Vin é maior que a tensão de entrada normal, nesse momento Vin>Vbr, o regulador de tensão está em curto-circuito, o transistor PNP Q1 é ligado, VCE≈0, ou seja, o Vgs A tensão do transistor PMOS é ≈0 e o transistor PMOS é desligado, ou seja, a proteção contra sobretensão é alcançada.A função de proteção contra inversão de polaridade é analisada da seguinte forma: a proteção contra inversão de polaridade na entrada é realizada pelo transistor NMOS Q2. Quando o polo positivo da fonte de alimentação é aplicado através de Vin, a tensão de porta Vgs O nível alto do transistor NMOS Q2 ocorre quando Q2 está ligado. Nesse momento, Q2 é ativado, formando um circuito fechado com Q1, a carga RL e Q2, e o circuito funciona normalmente. Quando a polaridade da fonte de alimentação é invertida a partir do terminal negativo, Q2 é desligado, todo o circuito é interrompido e o circuito para de funcionar, desempenhando assim a função de proteção contra inversão de polaridade.

giroscópio de fibra óptica tornou-se o componente principal preferido para alta precisão e alta confiabilidade. sistemas de navegação inercial Devido às suas vantagens significativas, como o design totalmente em estado sólido, a ausência de partes móveis, a inicialização rápida, a longa vida útil, a ampla faixa dinâmica e a forte resistência a impactos e vibrações, os giroscópios de fibra óptica se destacam por seu desempenho excepcional. No entanto, por trás do excelente desempenho dos giroscópios de fibra óptica está o seu processo de fabricação extremamente preciso e complexo. Desde a seleção e o processamento de fibras ópticas especializadas, o acoplamento e o alinhamento de componentes ópticos de precisão, até o enrolamento e a cura precisos da bobina sensora central, e ainda a integração de sistemas eletrônicos complexos e a implementação de sofisticados algoritmos de compensação ambiental – cada etapa de produção incorpora a cristalização da ciência de materiais de ponta, da engenharia óptica de precisão, da tecnologia microeletrônica e da teoria de controle avançada. Mesmo o menor desvio durante o processo de fabricação pode ter um impacto decisivo na precisão, estabilidade e confiabilidade do produto final.A seguir, apresentamos uma introdução detalhada ao processo de produção do giroscópio de fibra óptica.1. Fabricação de anéis de fibra ópticaO componente principal de um giroscópio de fibra óptica é o anel de fibra, e seu processo de fabricação é crucial. Primeiramente, fibras ópticas de alta qualidade precisam ser selecionadas e enroladas em formato de anel por meio de processos de enrolamento precisos. Durante esse processo, é necessário controlar rigorosamente a tensão das fibras ópticas, o diâmetro e a densidade do anel enrolado para garantir o desempenho e a estabilidade do mesmo. Após o enrolamento, é realizada a aplicação e cura de um adesivo para fixação do formato. Posteriormente, o anel de fibra óptica precisa passar por um processo de envelhecimento por ciclos térmicos para eliminar a tensão residual interna e aumentar a estabilidade mecânica por meio de um revestimento epóxi.2. Integração de Dispositivos ÓpticosApós a fabricação do anel de fibra óptica, ele precisa ser montado com precisão junto a outros componentes ópticos. Isso inclui principalmente a montagem de moduladores de guia de onda em Y e a integração de fontes de luz e detectores para garantir percursos ópticos suaves e estáveis. Além disso, é necessário realizar testes de desempenho rigorosos nos componentes montados para assegurar que atendam aos requisitos do projeto.3. Construção de sistema de circuitoA construção de sistemas de circuitos inclui o projeto de circuitos de processamento de sinal e circuitos de realimentação em malha fechada. O FPGA atua como processador central para gerar sinais de modulação de onda quadrada/dente de serra para acionar o guia de onda Y, polarizar o ponto de operação na área sensível e calcular a diferença de fase (Δφ) do sinal de interferência emitido pelo detector, que é convertida em velocidade angular (Ω). A diferença de fase de Sagnac é compensada dinamicamente por meio de controle digital em malha fechada para melhorar a linearidade e a faixa dinâmica.4. Montagem e teste da máquina completaApós a conclusão da fabricação dos anéis de fibra óptica, componentes ópticos e placas de circuito impresso, a próxima etapa é a montagem geral. Este processo inclui encapsulamento para adaptação ambiental, calibração e compensação de desempenho. As unidades ópticas e eletrônicas são seladas dentro de uma blindagem metálica para isolar variações de temperatura e umidade, bem como interferências eletromagnéticas. Produtos de nível militar utilizam blindagens de liga de titânio para aumentar a resistência a impactos. Posteriormente, uma série de testes e calibrações foram realizados no giroscópio de fibra óptica, incluindo calibração de polarização zero, compensação de temperatura e testes de limiar, para garantir que todos os indicadores de desempenho atendam aos requisitos esperados.As principais dificuldades no processo de fabricação de giroscópios de fibra óptica incluem principalmente o seguinte:1. Enrolamento de precisão de bobinas de fibra ópticaA tensão gerada durante o processo de enrolamento das bobinas de fibra óptica pode causar erros de polarização. A solução é utilizar fibras que preservem a polarização e adotar um processo de enrolamento simétrico.2. Embalagem e interconexão de chips ópticos integrados (guias de onda Y)Os guias de onda em Y são os principais dispositivos ópticos integrados multifuncionais dos FOGs (Guias de Onda de Fibra Óptica). Durante o processo de encapsulamento e interconexão, a precisão de alinhamento do eixo óptico é extremamente alta. A solução para essa dificuldade é utilizar um sistema de alinhamento ativo e uma máquina de fusão com preservação de polarização.3. deriva de temperaturaAs variações de temperatura podem causar deriva de fase no giroscópio, afetando a precisão das medições. A solução é utilizar despolarizadores de múltiplos estágios e adotar algoritmos de compensação de temperatura segmentados para eliminar o impacto da deriva térmica.

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 o usuário da fonte de alimentação conecte acidentalmente o cabo de alimentação de forma incorreta, causando a queima da fonte, geralmente é necessário um circuito anti-inversão na entrada da fonte. Ao mesmo tempo, para garantir que a tensão de entrada permaneça dentro de uma faixa segura, também é preciso protegê-la contra sobretensão.O circuito mostrado na Figura 1 realiza a função integrada de proteção contra inversão de polaridade e sobretensão.A função de proteção contra sobretensão é analisada da seguinte forma: Quando Vin está na faixa de tensão de entrada normal, o regulador de tensão Z1 não entra em ruptura reversa, a corrente em R2 e R3 é basicamente 0, o Vbe do transistor P1 é 0, ou seja, o transistor PNP não está ligado, e o Vgs do transistor PMOS Q1 é determinado pelo divisor de tensão dos resistores R4 e R5. Vgs é maior que o limiar de condução, e o transistor PMOS é ligado, ou seja, a fonte de alimentação funciona normalmente; quando a entrada Vin é maior que a tensão de entrada normal, neste momento Vin>Vbr, o regulador de tensão entra em ruptura, o transistor PNP Q1 é ligado, VCE≈0, ou seja, o Vgs do transistor PMOS é ≈0, e o transistor PMOS é desligado, ou seja, a proteção contra sobretensão é alcançada.A função de proteção contra inversão de polaridade é analisada da seguinte forma: a proteção contra inversão de polaridade na entrada é realizada pelo transistor NMOS Q2. Quando o polo positivo da fonte de alimentação é aplicado a partir de Vin, a tensão de porta Vgs do transistor NMOS Q2 é alta. Nesse momento, Q2 é ativado, Q1, a carga RL e Q2 formam um circuito fechado, e o circuito funciona normalmente; quando o polo positivo da fonte de alimentação é invertido a partir do terminal negativo, Q2 é desativado, todo o circuito fechado é interrompido e o circuito para de funcionar, desempenhando assim a função de proteção contra inversão de polaridade. 

Na área de medição e controle de precisão, a tecnologia de conversão corrente/frequência de alta precisão é crucial. O módulo de conversão I/F da série AVI-F, lançado pela Micro-Magic Inc., tornou-se a escolha ideal para aquisição de dados de acelerômetros de sistemas de navegação inercial de alto desempenho, aquisição digital de sinais de corrente fracos e outras aplicações.Apresenta alta demanda em diversos cenários devido ao seu excelente desempenho e estabilidade. O AVI-F é composto por referência de tensão, fonte de corrente constante, integrador, braço integrador, CPLD de controle lógico, etc. O sinal de corrente do acelerômetro pode ser convertido diretamente em frequência de pulso, sendo um conversor analógico/digital de alta precisão e boa resolução. O AVI-F adota o princípio da integração por balanceamento de carga, que apresenta características de aquisição de sinal sem perdas e menor influência de ruídos, como os da fonte de alimentação. É um circuito ideal para a construção de sistemas de navegação inercial de alto desempenho. Quais são as principais vantagens dos produtos da série AVI-F? 1. Alta precisão e estabilidade O módulo da série AVI-F adota um método de integração de carga, com uma frequência máxima de saída de 256 kHz, offset zero de apenas 10 nA e um erro não linear abrangente de apenas 20 ppm, garantindo alta precisão e confiabilidade na conversão de sinal. Seu coeficiente de temperatura do fator de escala é de apenas 1 ppm/°C e apresenta estabilidade em toda a faixa de temperatura, sendo adequado para ambientes extremos de -45 °C a 70 °C. 2.Design de hardware de alto padrão São utilizados componentes de alto desempenho, principalmente dispositivos de montagem em superfície (SMD), com tamanho reduzido e alta precisão. No nível da placa, são utilizadas fontes de corrente constante de precisão e multímetros de alta precisão para calibração precisa, incluindo simetria e linearidade. 3.Interface de saída multifuncional O módulo suporta três saídas de pulso independentes (canais X/Y/Z), cada uma contendo sinais de pulso de corrente positiva e negativa. Ao mesmo tempo, foi adicionada uma função de porta serial RS422, que envia pulsos acumulados a uma frequência de 1 kHz para simplificar o processo de aquisição de dados e melhorar a eficiência da integração do sistema. 4.Baixo consumo de energia e design localizado Os requisitos de alimentação são de ±15V e +5V, com uma corrente em regime permanente de apenas 0,2A e excelente desempenho de consumo de energia. Todos os componentes são 100% fabricados no país para garantir a segurança da cadeia de suprimentos e atender a necessidades independentes e controláveis. Aplicações típicas do produto da série AVI-F a. Sistema de navegação inercial: Converte com precisão os sinais do acelerômetro para melhorar a precisão da navegação.b. Automação industrial: Monitoramento em tempo real de sinais de corrente e otimização de processos de controle.c. Instrumentos de pesquisa: aquisição de dados de alta resolução para auxiliar em experimentos de precisão. Por que escolher o módulo AVI-F? O módulo de conversão I/F da série AVI-F integra alta precisão, baixo consumo de energia e multifuncionalidade, tornando-se uma escolha inteligente para usuários que buscam desempenho e confiabilidade. Seja em ambientes adversos ou aplicações complexas, ele oferece soluções estáveis ​​e eficientes. AVI-FSeja qual for a sua necessidade, a Micro-Magic está ao seu lado.  

De acordo com a topologia do circuito de dois fios, a corrente de alimentação é modulada pelo sensor e retorna ao circuito de aquisição de sinal. Se a saída de energia não passar por nenhum processamento, caso o sensor entre em curto-circuito ou o usuário final o opere incorretamente, causando um curto-circuito, é muito provável que a alimentação seja danificada ou cause danos ao circuito de aquisição de sinal. Para evitar essa situação, é necessário adicionar um circuito limitador de corrente ao circuito que fornece 24 V ao sensor, limitando a corrente a uma faixa segura (por exemplo, abaixo de 30 mA) e evitando falhas catastróficas.A seguir, apresenta-se o circuito de proteção com limitação de corrente para fornecer energia de 24 V ao sensor durante o projeto do circuito de aquisição de interface de 4-20 mA. Quando a corrente é menor que a corrente limite Imax, a queda de tensão no resistor R1 é menor que a tensão de condução Vbe do transistor P1. Os resistores R3 e R4 dividem a tensão, criando uma diferença de potencial suficiente entre o source e o gate do transistor de efeito de campo Q1. Nesse ponto, o transistor P1 é cortado e o transistor Q1 conduz. O circuito está em estado de operação normal.Quando a corrente aumenta e ultrapassa a corrente limite Imax, a queda de tensão no resistor R1 é maior que a tensão de condução Vbe do transistor P1. Nesse instante, o transistor P1 está conduzindo. A tensão de entrada é aplicada diretamente ao gate do transistor de efeito de campo Q1. Nesse ponto, as tensões no source e no gate do transistor de efeito de campo Q1 são aproximadamente iguais, fazendo com que o transistor Q1 seja desligado e o circuito seja desconectado, entrando em estado de proteção. Isso evita danos à carga por sobrecorrente.Como a tensão de condução Vbe do MMBT2907A é de aproximadamente 0,7 V, e considerando que Vbe/R1 = 25 mA, pode-se concluir que a corrente limite é de aproximadamente 25 mA. Caso seja necessário ajustar a corrente limite, basta alterar o valor da resistência do resistor R1.