APLICAÇÕES

Pontos-chaveProduto: Sistema de detecção de deformação baseado em giroscópio de fibra ópticaPrincipais características:Componentes: Incorpora giroscópios de fibra óptica de alta precisão para medição da velocidade angular e cálculo da trajetória.Função: Combina dados giroscópicos com medições de distância para detectar deformações estruturais com alta precisão.Aplicações: Adequado para engenharia civil, monitoramento da integridade estrutural e análise de deformações em pontes, edifícios e outras infraestruturas.Desempenho: Obtém uma precisão de detecção de deformação melhor que 10 μm a uma velocidade de operação de 2 m/s usando giroscópios de média precisão.Vantagens: Design compacto, leve, baixo consumo de energia e operação intuitiva para facilitar a instalação.Conclusão:Este sistema proporciona medições de deformação precisas e confiáveis, oferecendo soluções valiosas para necessidades de engenharia e análise estrutural.1. Método de detecção de deformação de estruturas de engenharia baseado em giroscópio de fibra ópticaO princípio do método de detecção de deformação de estruturas de engenharia baseado em giroscópio de fibra óptica consiste em fixar o giroscópio de fibra óptica ao dispositivo de detecção, medir a velocidade angular do sistema de detecção enquanto este se desloca sobre a superfície da estrutura em questão, medir a distância de operação do dispositivo de detecção e calcular a trajetória de operação do dispositivo para realizar a detecção da deformação da estrutura. Este método é denominado método da trajetória neste artigo. Ele pode ser descrito como uma “navegação plana bidimensional”, ou seja, a posição do dispositivo é determinada na vertical da superfície da estrutura em questão, e a trajetória do dispositivo ao longo da superfície da estrutura em questão é finalmente obtida.De acordo com o princípio do método de trajetória, suas principais fontes de erro incluem erro de referência, erro de medição de distância e erro de medição de ângulo. O erro de referência refere-se ao erro de medição do ângulo de inclinação inicial θ0, o erro de medição de distância refere-se ao erro de medição de ΔLi e o erro de medição de ângulo refere-se ao erro de medição de Δθi, sendo este último causado principalmente pelo erro de medição da velocidade angular do giroscópio de fibra óptica. Este artigo não considera a influência do erro de referência e do erro de medição de distância no erro de detecção de deformação, analisando apenas o erro de detecção de deformação causado pelo erro do giroscópio de fibra óptica.2. Análise da precisão da detecção de deformações com base em giroscópio de fibra óptica2.1 Modelagem de erros do giroscópio de fibra óptica em aplicações de detecção de deformaçãoO giroscópio de fibra óptica é um sensor para medir a velocidade angular baseado no efeito Sagnac. Após a luz emitida pela fonte luminosa passar pelo guia de ondas em Y, dois feixes de luz que giram em direções opostas são formados no anel de fibra. Quando o portador gira em relação ao espaço inercial, há uma diferença de percurso óptico entre os dois feixes de luz, e o sinal de interferência óptica relacionado à velocidade angular de rotação pode ser detectado na extremidade do detector, permitindo medir a velocidade diagonal.A expressão matemática do sinal de saída do giroscópio de fibra óptica é: F = Kω + B0 + V, onde F é a saída do giroscópio, K é o fator de escala e ω é a rotação do giroscópio.A entrada de velocidade angular no eixo sensível, B0 é o viés zero giroscópico, υ é o termo de erro integrado, incluindo ruído branco e componentes de variação lenta causados ​​por vários ruídos com longo tempo de correlação; υ também pode ser considerado como o erro de viés zero.As fontes de erro de medição do giroscópio de fibra óptica incluem o erro de fator de escala e o erro de desvio zero. Atualmente, o erro de fator de escala do giroscópio de fibra óptica aplicado em engenharia é de 10⁻⁵ a 10⁻⁶. Na aplicação de detecção de deformação, a entrada de velocidade angular é pequena e o erro de medição causado pelo erro de fator de escala é muito menor do que o causado pelo erro de desvio zero, podendo ser ignorado. A componente CC do erro de polarização zero é caracterizada pela repetibilidade de polarização zero (Br), que é o desvio padrão do valor de polarização zero em múltiplos testes. A componente CA é caracterizada pela estabilidade de polarização zero (Bs), que é o desvio padrão do valor de saída do giroscópio em relação à sua média em um teste, e seu valor está relacionado ao tempo de amostragem do giroscópio.2.2 Cálculo do erro de deformação com base no giroscópio de fibra ópticaTomando como exemplo o modelo de viga apoiada simples, calcula-se o erro de detecção de deformação e estabelece-se o modelo teórico de deformação estrutural. Com base nisso, define-se o parâmetro de detecção.Com base na velocidade de operação e no tempo de amostragem do sistema, é possível obter a velocidade angular teórica do giroscópio de fibra óptica. Em seguida, o erro de medição da velocidade angular do giroscópio de fibra óptica pode ser simulado de acordo com o modelo de erro de desvio zero do giroscópio de fibra óptica estabelecido anteriormente.2.3 Exemplo de cálculo de simulaçãoA configuração de simulação da velocidade de deslocamento e do tempo de amostragem adota um modo de variação de intervalo, ou seja, o ΔLi percorrido em cada tempo de amostragem é fixo, e o tempo de amostragem do mesmo segmento de linha é alterado pela variação da velocidade de deslocamento. Por exemplo, quando o ΔLi é 1 mm, digamos que a velocidade de deslocamento seja 2 m/s, o tempo de amostragem é 0,5 ms. Se a velocidade de operação for 0,1 m/s, o tempo de amostragem é 10 ms.3. Relação entre o desempenho do giroscópio de fibra óptica e o erro de medição de deformaçãoPrimeiramente, analisa-se o efeito do erro de repetibilidade do viés zero. Quando não há erro de estabilidade do viés zero, o erro de medição da velocidade angular causado pelo erro de viés zero é fixo; por exemplo, quanto maior a velocidade de movimento, menor o tempo total de medição, menor o impacto do erro de viés zero e menor o erro de medição da deformação. Quando a velocidade de operação é alta, o erro de estabilidade do viés zero é o principal fator causador do erro de medição do sistema. Quando a velocidade de operação é baixa, o erro de repetibilidade do viés zero torna-se a principal fonte do erro de medição do sistema.Utilizando um índice giroscópico de fibra óptica de média precisão típico, ou seja, estabilidade de polarização zero de 0,5 °/h com tempo de amostragem de 1 s e repetibilidade zero de 0,05 °/h, comparou-se os erros de medição do sistema nas velocidades de operação 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 e 0,001 m/s. A 2 m/s, o erro de medição foi de 8,514 μm (RMS); a 0,2 m/s, o erro foi de 34,089 μm (RMS); e a 0,002 m/s, o erro foi de 2246,222 μm (RMS). Como se pode observar nos resultados da comparação, quanto maior a velocidade de operação, menor o erro de medição. Considerando a facilidade de operação em engenharia, a velocidade de deslocamento de 2 m/s pode alcançar uma precisão de medição melhor que 10 μm.4 ResumoCom base na análise de simulação da medição da deformação de estruturas de engenharia utilizando giroscópios de fibra óptica, foi estabelecido o modelo de erro do giroscópio e obtida a relação entre o erro de medição da deformação e o desempenho do giroscópio, utilizando como exemplo o modelo de viga apoiada simples. Os resultados da simulação mostram que quanto mais rápido o sistema opera, ou seja, quanto menor o tempo de amostragem do giroscópio de fibra óptica, maior a precisão da medição da deformação, mantendo-se constante o número de amostras e garantindo a precisão da detecção de distância. Com um índice típico de giroscópio de fibra óptica de média precisão e uma velocidade de operação de 2 m/s, foi possível alcançar uma precisão de medição de deformação melhor que 10 μm.O giroscópio de fibra óptica GF-50 da Micro-Magic Inc. possui um diâmetro de φ50*36,5 mm e uma precisão de 0,1º/h. O GF-60, com precisão de 0,05º/h, pertence à categoria de giroscópios de fibra óptica de alta precisão. Nossa empresa produz giroscópios com tamanho reduzido, peso leve, baixo consumo de energia, inicialização rápida, operação simples e facilidade de uso, sendo amplamente utilizados em sistemas de navegação inercial (INS), unidades de medição inercial (IMU), sistemas de posicionamento, sistemas de localização do norte, estabilidade de plataformas e outras áreas. Se você estiver interessado em nossos giroscópios de fibra óptica, entre em contato conosco.GF50Giroscópio de fibra óptica de padrão militar de precisão média e eixo único GF60Giroscópio de fibra óptica de eixo único, giroscópio de fibra óptica de baixa potência, taxa angular IMU para navegação. 

Pontos-chaveProduto: Giroscópio de Fibra Óptica (FOG)Principais características:Componentes: Baseado em bobinas de fibra óptica, utilizando o efeito Sagnac para medições precisas de deslocamento angular.Função: Oferece alta sensibilidade e precisão, ideal para determinar a orientação de objetos em movimento.Aplicações: Amplamente utilizado no setor militar (ex.: orientação de mísseis, navegação de tanques) e em expansão para o setor civil (ex.: navegação automotiva, topografia).Fusão de Dados: Combina medições inerciais com microeletrônica avançada para maior precisão e estabilidade.Conclusão: O giroscópio de fibra óptica é fundamental para a navegação de alta precisão, com um potencial de crescimento promissor em diversas aplicações.mercado da indústria de giroscópios de fibra ópticaCom suas vantagens exclusivas, o giroscópio de fibra óptica apresenta um amplo potencial de desenvolvimento no campo da medição precisa de grandezas físicas. Portanto, explorar a influência dos dispositivos ópticos e do ambiente físico no desempenho dos giroscópios de fibra óptica, bem como suprimir o ruído de intensidade relativa, tornaram-se as tecnologias-chave para a obtenção de giroscópios de fibra óptica de alta precisão. Com o aprofundamento das pesquisas, o giroscópio de fibra integrado, com alta precisão e miniaturização, terá um desenvolvimento e aplicações significativos.O giroscópio de fibra óptica é um dos principais dispositivos na área de tecnologia inercial atualmente. Com o aprimoramento do nível técnico, a escala de aplicação do giroscópio de fibra óptica continuará a se expandir. Como componente central dos giroscópios de fibra óptica, a demanda de mercado também crescerá. Atualmente, os anéis de fibra óptica de alta qualidade da China ainda precisam ser importados e, diante da tendência geral de substituição por produtos nacionais, a competitividade central das empresas chinesas de anéis de fibra óptica e suas capacidades independentes de pesquisa e desenvolvimento ainda precisam ser aprimoradas.Atualmente, o anel de fibra óptica é usado principalmente na área militar, mas com a expansão da aplicação do giroscópio de fibra óptica para o setor civil, a proporção de uso do anel de fibra óptica na área civil aumentará ainda mais.De acordo com o "Relatório de Análise e Pesquisa de Mercado da Indústria de Giroscópios de Fibra Óptica da China 2022-2027":O giroscópio de fibra óptica é um elemento sensível baseado em uma bobina de fibra óptica, e a luz emitida pelo diodo laser se propaga ao longo da fibra óptica em duas direções. A diferença no caminho de propagação da luz determina o deslocamento angular do elemento sensível. O giroscópio de fibra óptica moderno é um instrumento capaz de determinar com precisão a orientação de objetos em movimento. É um instrumento de navegação inercial amplamente utilizado nas indústrias de aviação, navegação, aeroespacial e de defesa nacional. Seu desenvolvimento é de grande importância estratégica para a indústria, a defesa nacional e outros avanços tecnológicos de um país.O giroscópio de fibra óptica é um novo sensor de fibra óptica totalmente em estado sólido baseado no efeito Sagnac. De acordo com seu modo de operação, os giroscópios de fibra óptica podem ser divididos em giroscópios interferométricos de fibra óptica (I-FOG), giroscópios ressonantes de fibra óptica (R-FOG) e giroscópios de fibra óptica com espalhamento Brillouin estimulado (B-FOG). Em termos de precisão, os giroscópios de fibra óptica podem ser classificados em: nível tático básico, nível tático avançado, nível de navegação e nível de precisão. Os giroscópios de fibra óptica podem ser divididos em militares e civis de acordo com sua abertura. Atualmente, a maioria dos giroscópios de fibra óptica é utilizada em aplicações militares: atitude de caças e mísseis, navegação de tanques, medição de rumo de submarinos, veículos de combate de infantaria, entre outras. O uso civil se concentra principalmente em navegação automotiva e aeronáutica, levantamento topográfico de pontes, perfuração de petróleo e outras áreas.Dependendo da precisão do giroscópio de fibra óptica, suas aplicações variam de armamentos e equipamentos estratégicos a aplicações civis de uso comercial. Giroscópios de fibra óptica de média e alta precisão são utilizados principalmente em armamentos e equipamentos de ponta, como o setor aeroespacial, enquanto giroscópios de fibra óptica de baixo custo e baixa precisão são utilizados principalmente em exploração de petróleo, controle de atitude de aeronaves agrícolas, robótica e muitas outras áreas civis com baixos requisitos de precisão. Com o desenvolvimento de tecnologias avançadas de microeletrônica e optoeletrônica, como a integração fotoelétrica e o desenvolvimento de fibras ópticas especiais para giroscópios de fibra óptica, a miniaturização e a redução de custos desses dispositivos têm sido aceleradas.ResumoO giroscópio de fibra óptica da Micro-Magic Inc. é principalmente um giroscópio tático de média precisão. Comparado com outros fabricantes, apresenta baixo custo, longa vida útil e preço bastante competitivo, além de uma ampla gama de aplicações, incluindo os modelos GF50 e GF-60, que são muito populares. Para mais detalhes técnicos, clique na página de informações.GF50Giroscópio de fibra óptica de padrão militar de precisão média e eixo único GF60Giroscópio de fibra óptica de eixo único, giroscópio de fibra óptica de baixa potência, taxa angular IMU para navegação. 

Pontos-chave Produto: Giroscópio de Fibra Óptica GF70ZKPrincipais características:Componentes: Utiliza giroscópios de fibra óptica para medições inerciais de alta precisão.Função: Fornece inicialização rápida e dados de navegação confiáveis ​​para diversas aplicações.Aplicações: Adequado para sistemas de navegação inercial, estabilidade de plataformas e sistemas de posicionamento em veículos aeroespaciais e autônomos.Desempenho: Estabilidade de viés zero entre 0,01 e 0,02, otimizada para atender às necessidades de precisão e faixa de medição.Conclusão: O GF70ZK combina tamanho compacto e baixo consumo de energia, tornando-o uma escolha versátil para tarefas de navegação exigentes em diversos setores.1. O que é navegação inercial?Para entender o que é navegação inercial, primeiro precisamos dividir a expressão em duas partes: navegação + inércia.Em termos simples, a navegação resolve o problema de ir de um lugar para outro, indicando a direção, geralmente por meio de uma bússola.A inércia, originalmente derivada da mecânica newtoniana, refere-se à propriedade de um objeto que o faz manter seu estado de movimento. Ela tem a função de registrar as informações sobre o estado de movimento do objeto.Um exemplo simples é usado para ilustrar a navegação inercial. Uma criança e um amigo brincam na entrada de uma sala revestida de ladrilhos, caminhando sobre eles até o outro lado de acordo com certas regras. Um passo para a frente, três para a esquerda, cinco para a frente, dois para a direita… Cada passo corresponde ao comprimento de um ladrilho, e quem está fora da sala pode obter a trajetória completa do movimento desenhando o comprimento e o percurso correspondentes em um papel. Essa pessoa não precisa ver a sala para saber a posição, a velocidade, etc., da criança.O princípio básico da navegação inercial e de alguns outros tipos de navegação é basicamente o seguinte: conheça sua posição inicial, sua orientação inicial (atitude), a direção e o sentido do movimento a cada instante e avance um pouco. Some tudo isso (correspondendo à operação de integração matemática) e você obterá sua orientação, posição e outras informações.Então, como obter a orientação (atitude) e a posição atuais de um objeto em movimento? É preciso usar muitos sensores; na navegação inercial, utilizam-se instrumentos inerciais: acelerômetro e giroscópio.A navegação inercial utiliza giroscópio e acelerômetro para medir a velocidade angular e a aceleração do veículo no referencial inercial, integrando e calculando o tempo para obter a velocidade e a posição relativa, e transformando-as para o sistema de coordenadas de navegação, de modo que a posição atual do veículo possa ser obtida combinando-se as informações da posição inicial.A navegação inercial é um sistema de navegação interno de circuito fechado, sem entrada de dados externos para corrigir erros durante o movimento da embarcação. Portanto, um único sistema de navegação inercial só pode ser usado por curtos períodos de navegação. Para sistemas que operam por longos períodos, é necessário corrigir periodicamente os erros internos acumulados por meio de navegação por satélite.2. Giroscópios na navegação inercialA tecnologia de navegação inercial é amplamente utilizada em aeroespacial, navegação por satélite, drones e outros campos devido à sua alta capacidade de ocultação e autonomia completa na obtenção de informações de movimento. Especialmente em microdrones e direção autônoma, a tecnologia de navegação inercial pode fornecer informações precisas de direção e velocidade, desempenhando um papel insubstituível em condições complexas ou quando outros sinais auxiliares de navegação externos falham, permitindo que a navegação autônoma obtenha medições confiáveis ​​de atitude e posição no ambiente. Como um componente importante no sistema de navegação inercial, o giroscópio de fibra óptica desempenha um papel decisivo em sua capacidade de navegação. Atualmente, existem principalmente giroscópios de fibra óptica e giroscópios MEMS no mercado. Embora a precisão do giroscópio de fibra óptica seja alta, todo o seu sistema é composto por acopladores,O modulador, o anel de fibra óptica e outros componentes discretos resultam em grande volume e alto custo, o que limita consideravelmente sua aplicação em micro UAVs, veículos não tripulados e outras áreas, impedindo que a miniaturização e o baixo custo sejam atendidos. Embora o giroscópio MEMS possa atingir a miniaturização, sua precisão é baixa. Além disso, possui partes móveis, baixa resistência a choques e vibrações, e é difícil de ser aplicado em ambientes hostis.3 ResumoO giroscópio de fibra óptica GF70ZK da Micro-Magic Inc. foi especialmente projetado de acordo com o conceito dos giroscópios de fibra óptica tradicionais, apresentando dimensões reduzidas de 70*70*32mm; peso leve, inferior ou igual a 250g; baixo consumo de energia, inferior ou igual a 4W; inicialização rápida, com tempo de apenas 5s; este giroscópio de fibra óptica é fácil de operar e usar, sendo amplamente utilizado em sistemas de navegação inercial (INS), unidades de medição inercial (IMU), sistemas de posicionamento, sistemas de localização do norte, estabilidade de plataformas e outras áreas.A estabilidade de polarização zero do nosso GF80 situa-se entre 0,01 e 0,02. A principal diferença entre estes dois giroscópios de fibra óptica reside na faixa de medição. O nosso giroscópio de fibra óptica pode ser utilizado em navegação inercial, e a sua escolha deve ser feita com base no valor de precisão e na faixa de medição desejada. Para obter mais informações técnicas, entre em contato conosco a qualquer momento.GF70ZKSensores giroscópicos de fibra óptica, localizador norte, navegação inercial, sistema de referência de atitude/azimute. G-F80Sensores giroscópicos de fibra óptica em miniatura, tamanho compacto de 80 mm. 

Pontos-chaveProduto: Giroscópio MEMS de nível de navegaçãoPrincipais características:Componentes: Giroscópio MEMS para medição precisa da velocidade angular.Função: Fornece dados de navegação de alta precisão com baixa deriva, adequados para navegação estável e de longo prazo.Aplicações: Ideal para os setores aeroespacial, de orientação de mísseis táticos, de navegação marítima e de robótica industrial.Desempenho: Apresenta baixa instabilidade de polarização e deriva aleatória, oferecendo desempenho confiável ao longo do tempo.Comparação: Os diferentes modelos (MG-101, MG-401, MG-501) atendem a necessidades de precisão variadas, sendo o MG-101 o que oferece a maior precisão.O giroscópio MEMS é um tipo de sensor inercial para medir velocidade angular ou deslocamento angular. Possui ampla aplicação em perfilagem de petróleo, guiamento de armas, aeroespacial, mineração, topografia e cartografia, robótica industrial e eletrônicos de consumo. Devido às diferentes exigências de precisão em diversos campos, os giroscópios MEMS são divididos em três níveis no mercado: nível de navegação, nível tático e nível de consumo.Este artigo apresentará em detalhes o giroscópio MEMS para navegação e comparará seus parâmetros. A seguir, serão abordados os indicadores técnicos do giroscópio MEMS, a análise de deriva do giroscópio e a comparação de três giroscópios MEMS de grau de navegação.Especificações técnicas do giroscópio MEMSO giroscópio MEMS ideal é aquele cuja saída no eixo sensível é proporcional aos parâmetros angulares de entrada (ângulo, taxa angular) do eixo correspondente do suporte, sob quaisquer condições, e não é sensível aos parâmetros angulares do seu eixo transversal, nem a quaisquer parâmetros axiais não angulares (como aceleração de vibração e aceleração linear). Os principais indicadores técnicos do giroscópio MEMS são mostrados na Tabela 1.Indicador técnicoUnidadeSignificadoFaixa de medição(°)/sEfetivamente sensível à faixa de velocidade angular de entrada.Viés zero(°)/hA saída de um giroscópio quando a taxa de entrada no giroscópio é zero. Como a saída é diferente, a taxa de entrada equivalente é geralmente usada para representar o mesmo tipo de produto, e quanto menor o viés zero, melhor; para modelos diferentes de produtos, não é necessariamente melhor que o menor viés zero.Repetibilidade do viés(°)/h(1σ)Sob as mesmas condições e em intervalos especificados (sucessivos, diários, em dias alternados...), o grau de concordância entre os valores parciais de medições repetidas é expresso como o desvio padrão de cada offset medido. Quanto menor, melhor para todos os giroscópios (avalie a facilidade de compensar o zero).Desvio zero(°)/sA taxa de variação temporal do desvio da saída do giroscópio em relação à saída ideal. Ela contém componentes estocásticos e sistemáticos e é expressa em termos do deslocamento angular de entrada correspondente em relação ao espaço inercial por unidade de tempo.Fator de escalaV/(°)/s, mA/(°)/sA relação entre a variação na saída e a variação na entrada a ser medida.Largura de bandaHzNo teste de característica de frequência do giroscópio, estipula-se que a faixa de frequência correspondente à amplitude medida seja reduzida em 3 dB, e a precisão do giroscópio pode ser melhorada sacrificando-se a largura de banda do mesmo.Tabela 1 Principais índices técnicos do giroscópio MEMSAnálise da deriva do giroscópioSe houver torque de interferência no giroscópio, o eixo do rotor se desviará do azimute de referência estável original, gerando um erro. O ângulo de desvio do eixo do rotor em relação ao azimute do espaço inercial (ou azimute de referência) por unidade de tempo é chamado de taxa de deriva do giroscópio. O principal índice para medir a precisão do giroscópio é a taxa de deriva.A deriva giroscópica divide-se em duas categorias: uma é sistemática, cuja lei é conhecida e causa uma deriva regular, podendo, portanto, ser compensada por computador; a outra é causada por fatores aleatórios, resultando em deriva aleatória. A taxa de deriva sistemática é expressa pelo deslocamento angular por unidade de tempo, enquanto a taxa de deriva aleatória é expressa pelo valor da raiz quadrada média do deslocamento angular por unidade de tempo ou pelo desvio padrão. A faixa aproximada das taxas de deriva aleatória de vários tipos de giroscópios que podem ser alcançadas atualmente é mostrada na Tabela 2.Tipo giroscópioTaxa de deriva aleatória/(°)·h-1Giroscópio de rolamento de esferas10-1Giroscópio de rolamento rotativo1-0,1giroscópio de flutuação líquida0,01-0,001Giroscópio de flutuador de ar0,01-0,001Giroscópio dinamicamente sintonizado0,01-0,001Giroscópio eletrostático0,01-0,0001Giroscópio ressonante hemisférico0,1-0,01Giroscópio a laser em anel0,01-0,001giroscópio de fibra óptica1-0,1Tabela 2 Taxas de deriva aleatória de vários tipos de giroscópios A faixa aproximada da taxa de deriva aleatória do giroscópio exigida por diversas aplicações é mostrada na Tabela 3. O índice típico de precisão de posicionamento de um sistema de navegação inercial é de 1n milha/h (1n milha = 1852 m), o que exige que a taxa de deriva aleatória do giroscópio atinja 0,01(°)/h, portanto, o giroscópio com taxa de deriva aleatória de 0,01(°)/h é geralmente chamado de giroscópio de navegação inercial.AplicativoRequisitos para a taxa de deriva aleatória do giroscópio/(°)·h-1Giroscópio de taxa em sistema de controle de voo150-10Giroscópio vertical em sistema de controle de voo30-10Giroscópio direcional no sistema de controle de voo10-1Sistema de orientação inercial para mísseis táticos1-0,1Girobússola marítima, sistema de posicionamento lateral de artilharia com medição de direção por contato, sistema de navegação inercial para veículos terrestres0,1-0,01Sistemas de navegação inercial para aeronaves e navios.0,01-0,001míssil estratégico, sistema de orientação inercial de míssil de cruzeiro0,01-0,0005Tabela 3 Requisitos para a taxa de deriva aleatória do giroscópio em diversas aplicações Comparação de três giroscópios MEMS de nível de navegaçãoA série MG da Micro-Magic Inc. é um giroscópio MEMS de nível de navegação com alta precisão para atender às necessidades de diversas áreas. A tabela a seguir compara alcance, instabilidade de polarização, caminhada aleatória angular, estabilidade de polarização, fator de escala, largura de banda e ruído.　MG-101MG-401MG-501Faixa dinâmica (graus/s)±100±400±500Instabilidade de polarização (graus/hora)0,10,52Caminhada Aleatória Angular (°/√h)0,0050,025~0,050,125-0,1Estabilidade de polarização (1σ 10s) (graus/hora)0,10,52~5Tabela 4: Tabela comparativa de parâmetros de três giroscópios MEMS de grau de navegação.Espero que, por meio deste artigo, você possa compreender os indicadores técnicos de um giroscópio MEMS de nível de navegação e a relação comparativa entre eles. Caso tenha interesse em saber mais sobre giroscópios MEMS, entre em contato conosco. MG502Giroscópio MEMS MG502  

Pontos-chaveProduto: Sistema de Navegação Inercial Puro (INS) baseado em IMUPrincipais características:Componentes: Utiliza acelerômetros e giroscópios MEMS para medição em tempo real de aceleração e velocidade angular.Função: Integra dados iniciais de posição e atitude com medições da IMU para calcular a posição e a atitude em tempo real.Aplicações: Ideal para navegação em ambientes internos, aeroespacial, sistemas autônomos e robótica.Desafios: Aborda erros de sensores, deriva cumulativa e impactos de ambientes dinâmicos com métodos de calibração e filtragem.Conclusão: Oferece posicionamento preciso em ambientes desafiadores, com desempenho robusto quando combinado com sistemas de posicionamento auxiliares como o GPS. O giroscópio MEMS depende da velocidade angular sensível à força de Coriolis, e seu sistema de controle é dividido em um laço de controle do modo de acionamento e um laço de controle do modo de detecção. Somente garantindo o rastreamento em tempo real da amplitude de vibração e da frequência de ressonância do modo de acionamento é que a demodulação do canal de detecção pode obter informações precisas sobre a velocidade angular de entrada. Este artigo analisará o laço de controle do modo de acionamento do giroscópio MEMS sob diversas perspectivas.Modelo de circuito de controle modal de acionamentoO deslocamento vibratório do modo de acionamento do giroscópio MEMS é convertido em variação de capacitância por meio da estrutura de detecção de capacitor em pente. Em seguida, a capacitância é convertida em um sinal de tensão que caracteriza o deslocamento do giroscópio por meio do circuito de diodo anelar. Após isso, o sinal entra em dois ramos distintos: um sinal passa pelo módulo de controle automático de ganho (CAG) para realizar o controle de amplitude, e o outro passa pelo módulo de circuito de travamento de fase (PLL) para realizar o controle de fase. No módulo CAG, a amplitude do sinal de deslocamento do acionamento é primeiramente demodulada por multiplicação e filtro passa-baixa. Em seguida, a amplitude é controlada no valor de referência definido por meio do circuito PI, e o sinal de controle da amplitude do acionamento é emitido. O sinal de referência usado para a demodulação por multiplicação no módulo PLL é ortogonal ao sinal de referência de demodulação usado no módulo CAG. Após o sinal passar pelo módulo PLL, a frequência de ressonância do acionamento do giroscópio pode ser rastreada. A saída do módulo é o sinal de controle da fase de acionamento. Os dois sinais de controle são multiplicados para gerar a tensão de acionamento do giroscópio, que é aplicada ao pente de acionamento e convertida em força eletrostática para acionar o modo de acionamento do giroscópio, formando assim um circuito de controle fechado para o modo de acionamento do giroscópio. A Figura 1 mostra o circuito de controle do modo de acionamento de um giroscópio MEMS.Figura 1. Diagrama de blocos da estrutura de controle do modo de acionamento do giroscópio MEMSFunção de transferência modal de acionamentoDe acordo com a equação dinâmica do modo de acionamento do giroscópio MEMS vibratório, a função de transferência no domínio contínuo pode ser obtida pela transformada de Laplace:Onde mx é a massa equivalente do modo de acionamento do giroscópio, ωx=√kx/mx é a frequência de ressonância do modo de acionamento e Qx = mxωx/cx é o fator de qualidade do modo de acionamento.Ligação de conversão deslocamento-capacitânciaDe acordo com a análise da capacitância de detecção dos dentes do pente, a relação de conversão deslocamento-capacitância é linear quando o efeito de borda é ignorado, e o ganho da capacitância diferencial que varia com o deslocamento pode ser expresso como:Onde, nx é o número de pentes ativos acionados pelo modo giroscópico, ε0 é a constante dielétrica do vácuo, hx é a espessura dos pentes de detecção de acionamento, lx é o comprimento de sobreposição dos pentes de detecção de acionamento ativos e fixos em repouso, e dx é a distância entre os dentes.Ligação de conversão capacitância-tensãoO circuito de conversão capacitor-tensão utilizado neste artigo é um circuito de diodo em anel, e seu diagrama esquemático é mostrado na Figura 2.Figura 2. Diagrama esquemático do circuito do diodo anelar.Na figura, C1 e C2 são capacitores de detecção diferencial do giroscópio, C3 e C4 são capacitores de demodulação e Vca representa a amplitude da onda quadrada. O princípio de funcionamento é o seguinte: quando a onda quadrada está no semiciclo positivo, os diodos D2 e ​​D4 são acionados, carregando o capacitor C1 com C4 e o capacitor C2 com C3; quando a onda quadrada está no semiciclo positivo, os diodos D1 e D3 são acionados, descarregando o capacitor C1 para C3 e o capacitor C2 para C4. Dessa forma, após alguns ciclos da onda quadrada, a tensão nos capacitores de demodulação C3 e C4 se estabiliza. Sua expressão de tensão é:Para o giroscópio micromecânico de silício estudado neste artigo, sua capacitância estática é da ordem de alguns pF, e a variação da capacitância é inferior a 0,5 pF, enquanto a capacitância de demodulação usada no circuito é da ordem de 100 pF, portanto, existem CC0》∆C e C2》∆C2, e o ganho de conversão da tensão do capacitor é obtido pela fórmula simplificada:Onde, Kpa é o fator de amplificação do amplificador diferencial, C0 é a capacitância de demodulação, C é a capacitância estática do capacitor de detecção, Vca é a amplitude da portadora e VD é a queda de tensão no diodo.Ligação de conversão capacitância-tensãoO controle de fase é uma parte importante do controle de acionamento de giroscópios MEMS. A tecnologia de PLL (Phase-Locked Loop) permite rastrear a variação de frequência do sinal de entrada em sua faixa de frequência capturada e travar a defasagem. Portanto, este artigo utiliza a tecnologia de PLL para realizar o controle de fase do giroscópio, e seu diagrama de blocos da estrutura básica é mostrado na Figura 3.Figura 3. Diagrama de blocos da estrutura básica de um PLL.O PLL é um sistema de regulação automática de fase com realimentação negativa. Seu princípio de funcionamento pode ser resumido da seguinte forma: o sinal de entrada externo ui(t) e o sinal de realimentação uo(t) de saída do VCO são aplicados simultaneamente ao discriminador de fase para realizar a comparação de fase entre os dois sinais. A saída do discriminador de fase gera um sinal de tensão de erro ud(t) que reflete a diferença de fase θe(t) entre os dois sinais. O sinal, após passar por um filtro de loop, filtra os componentes de alta frequência e o ruído, resultando em um oscilador controlado por tensão uc(t). O oscilador controlado por tensão ajusta a frequência do sinal de saída de acordo com essa tensão de controle, aproximando-a gradualmente da frequência do sinal de entrada, até que o sinal de saída final seja uo(t). Quando a frequência de ui(t) se iguala a uo(t) ou atinge um valor estável, o loop entra em estado de travamento.Controle automático de ganhoO controle automático de ganho (CAG) é um sistema de realimentação negativa em malha fechada com controle de amplitude que, combinado com o circuito de travamento de fase (PLL), proporciona vibração estável em amplitude e fase para o modo de acionamento do giroscópio. Seu diagrama estrutural é mostrado na Figura 4.Figura 4. Diagrama de blocos da estrutura de controle automático de ganhoO princípio de funcionamento do controle automático de ganho pode ser resumido da seguinte forma: o sinal ui(t) com a informação de deslocamento do giroscópio é inserido no circuito de detecção de amplitude; o sinal de amplitude do deslocamento é extraído por demodulação por multiplicação; em seguida, os componentes de alta frequência e o ruído são filtrados por um filtro passa-baixa; nesse momento, o sinal resultante é um sinal de tensão CC relativamente puro que caracteriza o deslocamento do giroscópio, e então o sinal é controlado no valor de referência fornecido através de um circuito PI, resultando no sinal elétrico ua(t) que controla a amplitude do giroscópio, completando assim o controle de amplitude.ConclusãoNeste artigo, apresentamos o circuito de controle do modo de acionamento de um giroscópio MEMS, incluindo o modelo, a conversão capacitância-tensão, a conversão capacitância-tensão, o circuito de travamento de fase (PLL) e o controle automático de ganho. Como fabricante de sensores giroscópicos MEMS, a Micro-Magic Inc. realiza pesquisas detalhadas sobre giroscópios MEMS e frequentemente divulga e compartilha o conhecimento relevante sobre eles. Para uma compreensão mais aprofundada, consulte os parâmetros dos modelos MG-501 e MG1001.Se você tiver interesse em obter mais informações e conhecer os produtos de MEMS, entre em contato conosco. MG502Giroscópio MEMS MG502   

Pontos-chave**Produto:** Giroscópio MEMS para Instrumentos Inerciais**Características:**– **Materiais:** Ligas metálicas, materiais funcionais, polímeros orgânicos, não metais inorgânicos– **Fatores que influenciam a estabilidade:** Defeitos microscópicos, tamanho do grão, textura, tensão interna– **Impacto Ambiental:** O desempenho é afetado por sobrecarga, vibração e ciclos de temperatura.– **Regulamentação da Microestrutura:** Utilização de compósitos de SiC/Al para reduzir a densidade de discordâncias e melhorar a resistência.**Vantagens:** Aumenta a precisão e a estabilidade a longo prazo; o controle personalizado da microestrutura garante confiabilidade em condições variáveis, o que é crucial para aplicações aeroespaciais e de perfilagem de precisão.Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da exploração de petróleo, da indústria aeroespacial, da mineração, da topografia e do mapeamento, entre outros campos, a precisão e a estabilidade a longo prazo de instrumentos de precisão, como o giroscópio MEMS, tornaram-se cada vez mais urgentes. Estudos têm demonstrado que a instabilidade dimensional dos materiais é uma das principais razões para a baixa precisão e estabilidade dos instrumentos inerciais. A estabilidade dimensional difere da expansão térmica ou do desempenho em ciclos térmicos; ela é o principal índice de desempenho dos materiais de componentes mecânicos de precisão e refere-se à capacidade dos componentes de manterem suas dimensões e forma originais em um ambiente específico.Material para instrumento inercial baseado em giroscópio MEMSExistem quatro tipos principais de materiais para componentes de instrumentos inerciais: primeiro, metais (como alumínio e ligas de alumínio, aço inoxidável, cobre e ligas de cobre, ligas de titânio, berílio, ouro, etc.) e seus materiais compósitos; segundo, materiais funcionais (como ligas magnéticas macias de ferro-níquel, ligas magnéticas duras de samário-cobalto, ligas magnéticas duras de alumínio-níquel-cobalto, etc.); terceiro, polímeros orgânicos (como politetrafluoroetileno, borracha, resina epóxi, etc.); e quarto, materiais inorgânicos não metálicos (como vidro de quartzo, cerâmicas processáveis, etc.), dos quais a maior parte é composta por metais e seus materiais compósitos.Nos últimos anos, fizemos avanços significativos na fabricação por usinagem de alta precisão e na tecnologia de montagem com baixo ou nenhum estresse, mas ainda constatamos que, após a entrega do instrumento, ocorre uma lenta deriva na precisão e não se consegue alcançar estabilidade a longo prazo. De fato, após a definição do projeto estrutural, do processamento das peças e do processo de montagem, a estabilidade da precisão do instrumento a longo prazo depende das características intrínsecas do material.As propriedades intrínsecas do material (como defeitos microscópicos, segunda fase, tamanho de grão, textura, etc.) afetam diretamente a estabilidade dimensional do material. Além disso, o material do instrumento também sofrerá alterações dimensionais irreversíveis sob a interação com o ambiente externo (campo de tensão, campo de temperatura e tempo, etc.). A Figura 1 mostra a relação entre a precisão do instrumento inercial e as condições de serviço, a microestrutura do material e a variação dimensional. Tomando como exemplo um giroscópio MEMS, suas condições de operação e ambiente de armazenamento impactam a estabilidade dimensional do material. Mesmo que o giroscópio MEMS possua um sistema de controle de temperatura, se a microestrutura do próprio material for instável, houver uma segunda fase metaestável ou tensões residuais macro/microscópicas durante a montagem, a precisão do instrumento sofrerá deriva.Figura 1. Relação entre a precisão dos instrumentos inerciais, as condições de serviço, a microestrutura e as alterações dimensionais.Fatores que influenciam a mudança materialAs propriedades intrínsecas dos materiais dos giroscópios MEMS incluem principalmente defeitos microscópicos, segunda fase, grãos, textura e tensão interna, etc. Os fatores ambientais externos interagem principalmente com as propriedades intrínsecas, causando alterações dimensionais.1. Densidade e morfologia de defeitos microscópicosDefeitos microscópicos em metais e ligas incluem vacâncias, discordâncias, maclas e contornos de grão, etc. A discordância é a forma mais típica de defeito microscópico, referindo-se aos defeitos formados pelo arranjo irregular de átomos em cristais regularmente organizados, como a ausência ou o aumento de meio plano atômico em discordâncias de aresta. Devido à introdução de volume livre em cristais perfeitos pelas discordâncias, ocorrem alterações no tamanho do material, como mostrado na Figura 2. No entanto, no caso de um mesmo número de átomos, a presença de discordâncias cria volume livre ao redor dos átomos, o que se reflete no aumento do tamanho da liga.Figura 2. Esquema do efeito da densidade de defeitos microscópicos nos materiais sobre a dimensão do material.2. Influência do grão e da textura na estabilidadeA relação entre a deformação ε do metal ou liga sob tensão aplicada σ e o tamanho do grão d do material, a densidade ρ da deslocação móvel, a tensão σ0 necessária para o início da primeira deslocação e o módulo de cisalhamento G do material é derivada:Pela fórmula, pode-se observar que o refinamento de grãos pode reduzir a tensão gerada, o que também orienta a regulação da microestrutura no processo de estabilização.Além disso, na produção real, ao usar barras extrudadas e chapas laminadas para processar componentes de instrumentos de precisão, também é necessário atentar para a anisotropia do material, como mostrado na Figura 3. Tomando como exemplo a liga de alumínio 2024 para a estrutura de um giroscópio mecânico, a estrutura na Figura 3(a) geralmente adota uma barra extrudada de liga de alumínio 2024. Devido à grande deformação plástica, os grãos apresentarão orientação preferencial, formando textura, como mostrado nas Figuras 3(b) e (c). Textura refere-se ao estado em que a orientação cristalina do material policristalino se desvia significativamente da distribuição aleatória.Figura 3. Microestrutura da barra de liga de alumínio 2024 para armações de giroscópios mecânicos.Produtos no artigo3. A influência do ambiente na estabilidade dimensional dos materiais Em geral, os instrumentos inerciais precisam manter a estabilidade da precisão a longo prazo sob condições como sobrecarga significativa, vibração, choque e ciclos térmicos, o que impõe requisitos de estabilização mais exigentes para a microestrutura e as propriedades dos materiais. Tomando como exemplo compósitos de SiC/2024Al de grau instrumental, a estabilidade dimensional a longo prazo é alcançada com o processo de estabilização na fabricação de estruturas de instrumentos inerciais. Os resultados mostram que a amplitude da variação dimensional (~ 1,5×10⁻⁴) causada pelo processo de manutenção de temperatura constante do compósito de SiC/alumínio puro (onde apenas a tensão interna influencia a variação dimensional) é maior do que a do processo de manutenção de temperatura constante da liga de alumínio (onde apenas a precipitação por envelhecimento influencia a variação dimensional) (~ -0,8×10⁻⁴). Quando a matriz se torna liga de Al, o efeito da tensão interna do compósito na variação dimensional será ainda mais amplificado, como mostrado na Figura 4. Além disso, sob diferentes ambientes de serviço, a tendência de variação da tensão interna do mesmo material é diferente, podendo até mesmo apresentar tendências opostas de variação dimensional. Por exemplo, os compósitos SiC/2024Al produzem liberação de tensão compressiva a uma temperatura constante de 190 °C, e o tamanho aumenta, enquanto a liberação de tensão de tração ocorre em 500 choques frios e quentes a -196 ~ 190 °C, e o tamanho diminui.Portanto, ao projetar e utilizar compósitos de matriz de alumínio, é necessário verificar completamente a temperatura de serviço, o estado de tensão inicial e o tipo de material da matriz. Atualmente, a ideia de projeto de processo baseada na estabilização de tensões consiste em submeter o material a choques térmicos e a frio em toda a sua faixa de temperatura de serviço, liberar a tensão interna, formar um grande número de estruturas de deslocamento estáveis ​​dentro do material compósito e promover uma grande quantidade de precipitação secundária.Figura 4. Alterações dimensionais em ligas de alumínio e compósitos durante o envelhecimento a temperatura constante.Medidas para melhorar a estabilidade dimensional dos componentes1. Regulação e otimização de microdefeitosA seleção de um novo sistema de materiais é uma maneira eficaz de controlar microdefeitos. Por exemplo, o uso de compósitos SiC/Al de grau instrumental, partículas cerâmicas de SiC para fixar as discordâncias na matriz de alumínio, reduzir a densidade de discordâncias móveis ou alterar o tipo de defeito no metal. Tomando como exemplo os compósitos SiC/Al, a pesquisa mostra que, quando a distância média entre as partículas cerâmicas nos compósitos é reduzida para 250 nm, é possível preparar um compósito com falha de camada, e o limite elástico desse compósito é 50% maior do que o do compósito sem falha de camada, conforme mostrado na Figura 5.Figura 5. Dois tipos de morfologia de material compósito.É importante destacar que, ao desenvolver a rota de processo para o controle organizacional, também é necessário selecionar o sistema de materiais adequado e os parâmetros de processo de choque térmico e a frio, em combinação com as condições de estresse e a faixa de temperatura de operação do ambiente de serviço do instrumento inercial. No passado, a seleção do sistema de materiais e dos parâmetros de processo baseava-se na experiência e em um grande número de dados de desempenho, o que resultava em uma base teórica insuficiente para o projeto do processo devido à falta de suporte microestrutural. Nos últimos anos, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de testes analíticos, a avaliação quantitativa ou semiquantitativa da densidade e morfologia de defeitos microscópicos pode ser realizada por meio de difratômetro de raios X, microscópio eletrônico de varredura e microscópio eletrônico de transmissão, o que fornece suporte técnico para a otimização do sistema de materiais e a seleção do processo. 2. Regulação do grão e da textura O efeito da textura na estabilidade dimensional é a anisotropia que causa a alteração dimensional. Como mencionado anteriormente, a estrutura do giroscópio MEMS possui requisitos verticais extremamente rigorosos nas direções axial e radial, e o erro de processamento precisa ser controlado na ordem de micrômetros para evitar o desvio do centroide do giroscópio MEMS. Por esse motivo, a barra extrudada de alumínio 2024 foi submetida a tratamento térmico de deformação. A Figura 6 mostra as fotos metalográficas da liga de alumínio 2024 extrudada com 40% de deformação por compressão axial e as fotos da microestrutura antes e depois da deformação térmica. Antes do tratamento térmico de deformação, é difícil calcular o tamanho do grão axial, mas após o tratamento, o grau de equiaxialidade do grão na borda da barra é de 0,98, representando um aumento significativo. Além disso, pode-se observar na figura que a diferença na resistência à pequena deformação entre os eixos axial e radial da amostra original é de 111,63 MPa, demonstrando forte anisotropia. Após o tratamento térmico de deformação, os valores de resistência à pequena deformação axial e radial foram de 163 MPa e 149 MPa, respectivamente. Comparando com a amostra original, a razão entre a resistência à pequena deformação axial e radial passou de 2,3 antes do tratamento térmico de deformação para 1,1, indicando que a anisotropia do material foi melhor eliminada após o tratamento térmico de deformação.Figura 6. Diagrama esquemático do tratamento isotrópico, alterações microestruturais e testes de desempenho da barra de liga de alumínio.Portanto, quando barras ou placas de liga de alumínio precisam ser usadas para processar componentes de instrumentos inerciais, recomenda-se aumentar a etapa de tratamento térmico de deformação, eliminar a textura, obter uma organização isotrópica e evitar a anisotropia da deformação. As informações estatísticas da textura podem ser obtidas por EBSD em MEV, TKD em MET ou DRX tridimensional, e as alterações de textura podem ser analisadas quantitativamente.ConclusãoConsiderando a necessidade urgente de estabilidade de precisão a longo prazo em instrumentos inerciais, este artigo revisa sistematicamente a influência da estabilidade dimensional sob a perspectiva da ciência dos materiais e propõe maneiras de aprimorar a estabilidade de precisão a longo prazo desses instrumentos a partir das características intrínsecas dos materiais. O NF-1000, encapsulado em cerâmica LCC, é um giroscópio MEMS de localização do norte aprimorado, baseado no MG-502, cujo alcance foi ampliado de 50-100°/s para 500°/s, um marco importante. Os materiais são cruciais para a estabilidade a longo prazo desses instrumentos e constituem a base para seu melhor desempenho. Espero que, por meio deste artigo, você tenha conseguido compreender o funcionamento dos giroscópios MEMS. Para obter mais informações, consulte os produtos e artigos relacionados. MG502Giroscópios MEMS de eixo único de alta precisão Mg-502