Fábrica de giroscópios MEMS

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. A variação da constante instrumental com a temperatura em um giroscópio-teodolito é um fenômeno complexo que envolve a interação de múltiplos componentes e sistemas dentro do instrumento. A constante instrumental refere-se ao valor de referência da medição do giroscópio-teodolito sob condições específicas. Ela é crucial para garantir a precisão e a estabilidade da medição.As variações de temperatura causam a deriva das constantes do instrumento, principalmente porque as diferenças nos coeficientes de expansão térmica dos materiais provocam alterações na estrutura do instrumento, e o desempenho dos componentes eletrônicos se altera com as variações de temperatura. Esse padrão de deriva é frequentemente não linear, pois diferentes materiais e componentes respondem de maneira distinta à temperatura.Para estudar a deriva das constantes instrumentais de um giroscópio teodolito com a temperatura, geralmente são necessárias uma série de experimentos e análises de dados. Isso inclui calibrar e medir o instrumento em diferentes temperaturas, registrar as mudanças nas constantes instrumentais e analisar a relação entre a temperatura e as constantes instrumentais.Por meio da análise de dados experimentais, é possível identificar a tendência de variação das constantes do instrumento com a temperatura e tentar estabelecer um modelo matemático para descrever essa relação. Tais modelos podem ser baseados em regressão linear, ajuste polinomial ou outros métodos estatísticos e são utilizados para prever e compensar a deriva das constantes do instrumento em diferentes temperaturas.Compreender a deriva das constantes instrumentais de um giroscópio teodolito com a temperatura é crucial para melhorar a precisão e a estabilidade das medições. Ao adotar medidas compensatórias adequadas, como controle de temperatura, calibração e processamento de dados, o impacto da temperatura nas constantes instrumentais pode ser reduzido, melhorando assim o desempenho das medições do giroscópio teodolito.É importante observar que as regras específicas de deriva e os métodos de compensação podem variar dependendo dos diferentes modelos de giroscópios e teodolitos e dos cenários de aplicação. Portanto, em aplicações práticas, as medidas correspondentes precisam ser estudadas e implementadas de acordo com as situações específicas.O estudo do padrão de deriva das constantes instrumentais de um giroscópio teodolito em função da temperatura geralmente envolve o monitoramento e a análise do desempenho do instrumento sob diferentes condições de temperatura.O objetivo dessa pesquisa é entender como as mudanças de temperatura afetam as constantes instrumentais de um giroscópio teodolito e, possivelmente, encontrar uma maneira de compensar ou corrigir esse efeito da temperatura.As constantes instrumentais geralmente se referem às propriedades inerentes de um instrumento sob condições específicas, como temperatura padrão. Para um giroscópio teodolito, as constantes instrumentais podem estar relacionadas à sua precisão de medição, estabilidade, etc.Quando a temperatura ambiente muda, as propriedades dos materiais, a estrutura mecânica, etc., dentro do instrumento podem mudar, afetando assim as constantes do instrumento.Para estudar esse padrão de deriva, geralmente são necessários os seguintes passos:Selecione uma gama de diferentes pontos de temperatura para abranger os ambientes operacionais que um teodolito giroscópico pode encontrar.Realize múltiplas medições direcionais em cada ponto de temperatura para obter amostras de dados suficientes.Analise os dados e observe a tendência das constantes do instrumento em função da temperatura.Tente construir um modelo matemático para descrever essa relação, como regressão linear, ajuste polinomial, etc.Utilize este modelo para prever as constantes do instrumento em diferentes temperaturas e, possivelmente, desenvolver métodos para compensar os efeitos da temperatura.Um modelo matemático poderia ter a seguinte aparência:K(T) = a + b × T + c × T^2 + …Dentre eles, K(T) é a constante do instrumento na temperatura T, e a, b, c, etc. são os coeficientes a serem ajustados.Este tipo de pesquisa é de grande importância para melhorar o desempenho do giroscópio teodolito em diferentes condições ambientais.É importante observar que os métodos de pesquisa específicos e os modelos matemáticos podem variar dependendo dos modelos de instrumentos específicos e dos cenários de aplicação.ResumirA variação da constante instrumental com a temperatura em um giroscópio-teodolito é um fenômeno complexo que envolve a interação de múltiplos componentes e sistemas dentro do instrumento. A constante instrumental refere-se ao valor de referência da medição do giroscópio-teodolito sob condições específicas. Ela é crucial para garantir a precisão e a estabilidade da medição.As variações de temperatura causam a deriva das constantes do instrumento, principalmente porque as diferenças nos coeficientes de expansão térmica dos materiais provocam alterações na estrutura do instrumento, e o desempenho dos componentes eletrônicos se altera com as variações de temperatura. Esse padrão de deriva é frequentemente não linear, pois diferentes materiais e componentes respondem de maneira distinta à temperatura.Para estudar a deriva das constantes instrumentais de um giroscópio teodolito com a temperatura, geralmente são necessárias uma série de experimentos e análises de dados. Isso inclui calibrar e medir o instrumento em diferentes temperaturas, registrar as mudanças nas constantes instrumentais e analisar a relação entre a temperatura e as constantes instrumentais.Por meio da análise de dados experimentais, é possível identificar a tendência de variação das constantes do instrumento com a temperatura e tentar estabelecer um modelo matemático para descrever essa relação. Tais modelos podem ser baseados em regressão linear, ajuste polinomial ou outros métodos estatísticos e são utilizados para prever e compensar a deriva das constantes do instrumento em diferentes temperaturas.Compreender a deriva das constantes instrumentais de um giroscópio teodolito com a temperatura é crucial para melhorar a precisão e a estabilidade das medições. Ao adotar medidas compensatórias adequadas, como controle de temperatura, calibração e processamento de dados, o impacto da temperatura nas constantes instrumentais pode ser reduzido, melhorando assim o desempenho das medições do giroscópio teodolito.É importante observar que as regras específicas de deriva e os métodos de compensação podem variar dependendo dos diferentes modelos de giroscópios e teodolitos e dos cenários de aplicação. Portanto, em aplicações práticas, as medidas correspondentes precisam ser estudadas e implementadas de acordo com as situações específicas.O estudo do padrão de deriva das constantes instrumentais de um giroscópio teodolito em função da temperatura geralmente envolve o monitoramento e a análise do desempenho do instrumento sob diferentes condições de temperatura.O objetivo dessa pesquisa é entender como as mudanças de temperatura afetam as constantes instrumentais de um giroscópio teodolito e, possivelmente, encontrar uma maneira de compensar ou corrigir esse efeito da temperatura.As constantes instrumentais geralmente se referem às propriedades inerentes de um instrumento sob condições específicas, como temperatura padrão. Para um giroscópio teodolito, as constantes instrumentais podem estar relacionadas à sua precisão de medição, estabilidade, etc.Quando a temperatura ambiente muda, as propriedades dos materiais, a estrutura mecânica, etc., dentro do instrumento podem mudar, afetando assim as constantes do instrumento.Para estudar esse padrão de deriva, geralmente são necessários os seguintes passos:Selecione uma gama de diferentes pontos de temperatura para abranger os ambientes operacionais que um teodolito giroscópico pode encontrar.Realize múltiplas medições direcionais em cada ponto de temperatura para obter amostras de dados suficientes.Analise os dados e observe a tendência das constantes do instrumento em função da temperatura.Tente construir um modelo matemático para descrever essa relação, como regressão linear, ajuste polinomial, etc.Utilize este modelo para prever as constantes do instrumento em diferentes temperaturas e, possivelmente, desenvolver métodos para compensar os efeitos da temperatura.Um modelo matemático poderia ter a seguinte aparência:K(T) = a + b × T + c × T^2 + …Dentre eles, K(T) é a constante do instrumento na temperatura T, e a, b, c, etc. são os coeficientes a serem ajustados.Este tipo de pesquisa é de grande importância para melhorar o desempenho do giroscópio teodolito em diferentes condições ambientais.É importante observar que os métodos de pesquisa específicos e os modelos matemáticos podem variar dependendo dos modelos de instrumentos específicos e dos cenários de aplicação. MG502Giroscópio MEMS MG502  

Pontos-chaveProduto: Sistema de localização do norte em furos de sondagem com giroscópio MEMSPrincipais características:Componentes: Utiliza giroscópios MEMS para a busca da direção norte, apresentando tamanho compacto, baixo custo e alta resistência a impactos.Função: Utiliza um método aprimorado de duas posições (90° e 270°) e correção de atitude em tempo real para determinação precisa do norte.Aplicações: Otimizado para sistemas de perfuração de fundo de poço em ambientes subterrâneos complexos.Fusão de Dados: Combina dados do giroscópio com correções de declinação magnética local para o cálculo do norte verdadeiro, garantindo uma navegação precisa durante a perfuração.Conclusão: Oferece capacidades de localização do norte precisas, confiáveis ​​e independentes, ideais para furos de sondagem e aplicações similares.O novo giroscópio MEMS é um tipo de giroscópio inercial com estrutura simples, que apresenta as vantagens de baixo custo, tamanho reduzido e resistência a vibrações de choque elevadas. O giroscópio inercial para busca do norte pode realizar a busca independente do norte em qualquer condição climática, sem restrições externas, e pode alcançar operação rápida, eficiente, precisa e contínua. Devido às vantagens do giroscópio MEMS, este é muito adequado para sistemas de busca do norte em poços. Este artigo descreve a pesquisa de fusão segmentada de um sistema de busca do norte em poços com giroscópio MEMS. A seguir, serão apresentados o método aprimorado de busca do norte em duas posições, o esquema de busca do norte por fusão de giroscópio MEMS em poços e a determinação do valor da posição do norte.melhorado o posicionamento em duas posições ao norteO esquema estático de busca do norte em duas posições geralmente seleciona 0° e 180° como as posições inicial e final da busca. Após repetidos experimentos, a velocidade angular de saída do giroscópio é coletada e o ângulo final de busca do norte é obtido pela combinação com a latitude local. O experimento adotou o método de duas posições a cada 10°, coletando 360° da plataforma giratória, totalizando 36 conjuntos de dados. Após calcular a média de cada conjunto de dados, os valores da solução obtidos são mostrados na Figura 1 abaixo.Figura 1. Curva de ajuste da saída do giroscópio de 0 a 360°.Como pode ser observado na Figura 1, a curva de ajuste resultante é uma curva cosseno, porém os dados experimentais e os ângulos ainda são pequenos, resultando em baixa precisão. Experimentos repetidos foram conduzidos, ampliando o ângulo de aquisição para 0 a 660° e utilizando o método de duas posições a cada 10° a partir de 0°. Os resultados obtidos são apresentados na Figura 2. A tendência da imagem segue uma curva cosseno, com diferenças evidentes na distribuição dos dados. Nos pontos mais altos e mais baixos da curva cosseno, a distribuição dos pontos de dados é dispersa e o grau de ajuste à curva é baixo, enquanto que no ponto de maior inclinação da curva, o ajuste dos pontos de dados à curva é mais evidente.Figura 2. Curva de ajuste da saída do giroscópio em duas posições: 0~660°.Combinando a relação entre o azimute e a amplitude da saída do giroscópio na Figura 3, pode-se concluir que o ajuste dos dados é melhor quando a busca do norte em duas posições é adotada em 90° e 270°, indicando que é mais fácil e preciso detectar o ângulo norte na direção leste-oeste. Portanto, 90° e 270°, em vez de 0° e 180°, são usados ​​neste artigo como as posições de aquisição da saída do giroscópio para a busca do norte em duas posições.Figura 3. Relação entre azimute e amplitude de saída do giroscópio.giroscópio MEMS fusão de furo de sondagem localização do norteQuando um giroscópio MEMS é usado em um sistema de localização do norte em furos de sondagem, ele se depara com um ambiente complexo, e haverá variação no ângulo de atitude durante a perfuração, tornando a solução do ângulo do norte muito mais complexa. Nesta seção, com base no aprimoramento do esquema de localização do norte em duas posições apresentado na seção anterior, propõe-se um método para obter o ângulo de atitude controlando a rotação de acordo com as informações dos dados de saída, obtendo-se assim o ângulo entre o norte e o centro. O fluxograma específico é mostrado na Figura 4.O giroscópio MEMS transmite os dados para o computador principal através da interface RS232. Como mostrado na Figura 4, após a obtenção do ângulo norte inicial através da busca pelo norte em duas posições, a próxima etapa de perfuração é realizada durante o processo. Após receber a instrução de busca pelo norte, a perfuração é interrompida. O ângulo de atitude emitido pelo giroscópio MEMS é coletado e transmitido para o computador principal. A rotação do sistema de busca pelo norte magnético do furo é controlada pelas informações do ângulo de atitude, e os ângulos de rolamento e inclinação são ajustados para 0. O ângulo de direção neste momento é o ângulo entre o eixo sensível e a direção do norte magnético.Neste esquema, o ângulo entre o giroscópio MEMS e a direção do norte verdadeiro pode ser obtido em tempo real através da coleta de informações sobre o ângulo de atitude.Figura 4 Fluxograma de localização do norte de fusãoO valor de busca pelo norte é determinadoNo esquema de busca do norte por fusão, a busca do norte aprimorada em duas posições foi realizada no giroscópio MEMS. Após a conclusão da busca do norte, a posição inicial do norte foi obtida, o ângulo de direção θ foi registrado e o estado de atitude inicial foi (0,0,θ), conforme mostrado na Figura 5(a). Quando a broca está perfurando, o ângulo de atitude do giroscópio muda e os ângulos de rolamento e inclinação são regulados pela mesa rotativa, conforme mostrado na Figura 5(b).Como mostrado na Figura 5(b), durante a perfuração, o sistema recebe a informação do ângulo de atitude do instrumento de atitude e precisa determinar os valores do ângulo de rolamento γ' e do ângulo de inclinação β', e rotacioná-los através do sistema de controle de rotação até que girem para 0. Nesse momento, o dado de ângulo de direção de saída é o ângulo entre o eixo sensível e a direção do norte magnético. O ângulo entre o eixo sensível e a direção do norte verdadeiro deve ser obtido de acordo com a relação entre o norte magnético e a direção do norte verdadeiro, e o ângulo do norte verdadeiro deve ser obtido combinando-se o ângulo de declinação magnética local. A solução é a seguinte:θ'=Φ-∆φNa fórmula acima, θ é o ângulo entre a broca e o norte verdadeiro, ∆φ é o ângulo de declinação magnética local e Φ é o ângulo entre a broca e o norte magnético.Figura 5. Mudança do ângulo de atitude inicial e de perfuração.O valor de busca pelo norte é determinadoNeste capítulo, estuda-se o esquema de localização do norte de um sistema de localização subterrânea baseado em giroscópio MEMS. Com base no esquema de localização do norte em duas posições, propõe-se um esquema aprimorado com duas posições iniciais de 90° e 270°. Com o progresso contínuo dos giroscópios MEMS, os giroscópios MEMS com busca do norte podem realizar a localização independente do norte, como o MG2-101, que possui uma faixa de medição dinâmica de 100°/s, opera em temperaturas de -40°C a +85°C, apresenta uma instabilidade de polarização de 0,1°/h e um desvio aleatório da velocidade angular de 0,005°/√h.Espero que você consiga entender o esquema de localização do norte do giroscópio MEMS por meio deste artigo e aguardo com expectativa a oportunidade de discutir questões profissionais com você. MG502Giroscópio MEMS MG502  

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