- MEMS加速度傳感器用于中等精度導航系統(tǒng)
- 來源：賽斯維傳感器網 發(fā)表于 2021/5/12
特點
量程從±1g 到 ±200g
長期零偏穩(wěn)定性
低整流誤差
超小型20引腳LCC陶瓷氣密性封裝
(8.9mm x 8.9mm)
適用于惡劣環(huán)境
小尺寸體積
符合RoHS標準
適用于無鉛焊接過程和SMD安裝
簡介
中等精度導航系統(tǒng) (IMU), AHRS 和控制系統(tǒng)需要陀螺儀和加速度傳感器來預測在自由空間中的運動物體的位置。加速度傳感器被用于執(zhí)行初始調平和糾正在移動中的陀螺漂移。
在本白皮書中，我們將比較目前正處在開發(fā)中的Colibrys ±10g加速度傳感器MS9010.D 和RS9010.A的主要參數(shù)，用以支持系統(tǒng)設計者，并以此作為選擇最佳加速度傳感器的準則。我們將對四個主要參數(shù)進行比較，它包括：零偏重復性，標度因數(shù)，軸對準性和振動整流誤差。MS9010.D的長期零偏重復性小于5mg，通常RS9010.A樣品的第一次測量結果小于1.5mg。MS9010.D標度因數(shù)重復性可達到400ppm。RS9010.A更可達到150ppm。此外，RS9010.A的振動整流誤差有小于100μg/g2 的潛力。
考慮到不同類型的需求, Colibrys 為AHRS制造商提供了大量加速度傳感器的選擇, 從提供最佳性-價比的標準產品MS9010.D和MS9005.D 到將代表高性能系統(tǒng)最佳選擇的RS9010.A 。也可提供±2g和±200克之間的各種量程g。
選擇慣性加速度傳感器產品主要差異是零偏長期穩(wěn)定性，標度因數(shù)穩(wěn)定性和軸對準的可重復性。這些參數(shù)之所以重要是因為任何輸出信號的偏差將在集成過程中對定位造成2倍以上的誤差。對于一個以很快的加速度飛行幾分鐘的物體，這可能轉化為一個定位上的大誤差。而且，由于發(fā)動機或其它來源的鄰近效應，在加速度傳感器被安裝的環(huán)境周圍經常會遇到一些振動，這些振動對于傳感器輸出信號的影響被稱為振動整流誤差。對于許多應用來說，產品對于外部振動具有非常低的敏感性是最為重要的。
MS9010 加速度傳感器
多年以來，Colibrys一直為中等精度導航系統(tǒng)和標準航姿系統(tǒng)（AHRS）的應用提供產品，例如MS8010.D, 以及最近的MS9010.D和MS9005.D。
對于量程為±10g的測量，它們總的長期零偏穩(wěn)定性優(yōu)于7.5mg，對于量程±5g，優(yōu)于3.75mg，其標度因數(shù)重復性優(yōu)于400ppm。圖1顯示了對于各種量程MS9000.D的一年零偏穩(wěn)定性的測量結果。該分析結果還包括：在85°時進行10天的加速老化實驗，這對應于18個月的標準壽命時間，以及對加速度傳感器為期0.2毫秒，1000g的從六個方向進行的沖擊。
MS9000已經展現(xiàn)了其出色的抗沖擊性能以及沖擊后優(yōu)異的穩(wěn)定性。這使得該產品可適應于一些對抗沖擊性有很高要求的應用中。我們也開發(fā)了抗震性高達20’000g的專門解決方案 (HS8000 和 HS9000) 。
圖示1: 零偏穩(wěn)定性包括在85°, 1000g 撞擊下進行10天的 加速老化實驗(相當于18個月的標準壽命時間)
RS9010 加速度傳感器
為了應對新的高端需求，Colibrys目前正在開發(fā)一個新的技術平臺稱為IRIS?。它包括一個新穎的MEMS傳感元件，一個開環(huán)ASIC和一個溫度傳感器，它們被安置在一個有20個引腳的標準LCC封裝系統(tǒng)內。RS9010.A?是被設計和制造以應用于高精度、中等量程的航姿系統(tǒng) (AHRS) 。
圖示2: MS9010.D (LCC20: 內部和封蓋) 和 RS9010.A (LCC20 在評估板上).
IRIS技術包含三個主要的改進：新的MEMS傳感器設計，MEMS組裝技術和電子接口的改進。新型MEMS元件是專為獲得高零偏和高標度因數(shù)穩(wěn)定性而設計的。這個設計是通過了解傳感元件的物理機械性能，分析造成漂移的機制，并設計能避免這個機制的傳感器而實現(xiàn)的。IRIS?采用最新的MEMS制造技術，如深層離子刻蝕技術(DRIE)和硅熔融鍵合技術（SFB）。這些技術保證了工藝的高度一致和可預測性，從而保證了高成品率和產品的可重復性
以下四張圖顯示了RS9010.A加速度傳感器的初步表現(xiàn)。我們可以看到，經過沖擊和長期老化后，所有的零偏漂移包括遲滯都優(yōu)于1.5mg， 且標度因數(shù)穩(wěn)定性優(yōu)于150ppm. 此外，RS9010.A的振動整流誤差可比擬機電（Q-FLEX）規(guī)格。這些綜合性能使得RS9010.A成為未來的高性能航姿系統(tǒng)的最佳候選產品之一。
這幾張圖清楚地表明，相對于性能良好的MS9010.D產品，RS9010.A??是一個真正的改進。下圖進一步表明了在整個溫度范圍內，RS9010.A長期溫度系數(shù)的性能有所改善。這表明長期穩(wěn)定性的提高。
圖 3: 剩余偏置隨溫度而變化(經過4階多項式校正之后)
包括在85℃下老化、并以1000g 沖擊10天
圖4: 剩余標度因數(shù)隨溫度而變化 (經過2階多項式校正之后) 包括溫度遲滯
圖4: 剩余標度因數(shù)隨溫度而變化
(經過2階多項式校正之后) 包括溫度遲滯
圖 5: 在整個溫度范圍的軸偏穩(wěn)定性(經過2階多項式校正之后), 沖擊和加速老化
圖 5: 在整個溫度范圍的軸偏穩(wěn)定性
(經過2階多項式校正之后), 沖擊和加速老化
圖6: 在20 至 500Hz 和500 至 2000 Hz 頻率范圍，RS9010.A振動整流誤差 < 100 μg/g2. 此圖形由37只不同的傳感器疊加而成
此圖形由37只不同的傳感器疊加而成
結論
Colibrys公司一直為中等精度的導航系統(tǒng)（IMU）和AHRS研發(fā)與提供不同的加速度傳感器設計 。
MS9010.D和MS9005.D具有約5mg的整體長期偏置穩(wěn)定性，對于一個標準的航姿系統(tǒng)表現(xiàn)了最好的性價比。例如：它們被專用于小型飛機和飛機導航，備份解決方案或無人駕駛飛行器（UAV）的一般輔助。這也是在沖擊和振動的惡劣環(huán)境應用中的最佳解決方案。
無人機的例子
目前，新型的RS9010.A正在開發(fā)中，其總目標是使長期零偏重復性達到1.5mg, 它已經顯示出了出色的振動整流特性，在量程為10 g時，其數(shù)值低于100μg/g2。這些性能證明：對于未來高精度航姿系統(tǒng)的應用，如無人機，大型民用飛機，直升機和陸軍或海軍導航以及中等精度低g導航系統(tǒng)（IMU），RS9010.A都是最佳選擇之一。
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