IMU может быть использован в индустрии беспилотных летательных аппаратов. Сегодня я хочу познакомить вас со структурой IMU в Errico, что позволит вам лучше понять применение IMU в беспилотниках.
Трехосный акселерометр
(1) Измерение удельной силы
Трехосный акселерометр - это инерциальный датчик, позволяющий измерять удельную силу объекта, т.е. общее ускорение после устранения силы тяжести или негравитационной силы, действующей на единицу массы. Когда акселерометр остается неподвижным, он воспринимает ускорение, обусловленное силой тяжести, и общее ускорение равно нулю. При свободном падении общее ускорение равно ускорению силы тяжести, но акселерометр находится в состоянии невесомости, и выходной сигнал трехосевого акселерометра в это время равен нулю.
(2) Измерение угла
Принцип работы трехосевого акселерометра может быть использован для измерения углов. Интуитивно, как показано на рисунке, величина сжатия пружины определяется углом наклона акселерометра к земле. Удельная сила может быть измерена по длине сжатия пружины. Таким образом, в отсутствие внешней силы акселерометр может точно измерять углы тангажа и крена без накопления погрешностей.
Трехосевые МЭМС-акселерометры используют пьезорезистивный, пьезоэлектрический и емкостной принципы работы, при этом возникающая удельная сила (давление или смещение) пропорциональна изменениям сопротивления, напряжения и емкости соответственно. Эти изменения могут быть уловлены соответствующими схемами усиления и фильтрации. Недостатком этого датчика является то, что он сильно подвержен влиянию вибрации.
В силу принципа действия, заключающегося в измерении угла, трехосевой акселерометр не может измерять угол рысканья.
Может измерять углы тангажа и крена
Трехосевой гироскоп
Назначение: используется для расчета угловой скорости в БПЛА и угла после интегрирования угловой скорости
Принцип действия: чтобы понять принцип работы трехосевого гироскопа, необходимо сначала узнать о силе Кориолиса
Если относительно инерциальной системы частица движется прямолинейно, то относительно вращающейся системы ее траектория является кривой из-за инерции самой частицы. Исходя из того, что система вращается, мы полагаем, что существует сила, которая заставляет траекторию частицы формировать кривую. Сила Кориолиса описывает это смещение и выражается в виде
То есть при помещении линейного движения во вращающуюся систему линейная траектория будет смещена, но фактически на задачу линейного движения эта сила не влияет. Возникновение такой виртуальной силы называется силой Кориолиса.
Поэтому в гироскопе мы выбираем два объекта, они находятся в постоянном движении, и делаем так, чтобы фаза их движения отличалась на -180 градусов, то есть два блока массы движутся в противоположных направлениях и одинакового размера. Сила Кориолиса, которую они создают, противоположна, тем самым сжимая две соответствующие емкостные пластины, заставляя их двигаться, что приводит к дифференциальному изменению емкости. Изменение емкости пропорционально угловой скорости вращения. Изменение угла поворота может быть получено из значения емкости.
Трехосный магнитометр
Магнитометр позволяет получать данные о магнитном поле, воздействующем на устройство по каждой оси XYZ, затем соответствующие данные импортируются в алгоритм микроконтроллера для получения курсового угла относительно северного магнитного полюса, и на основе этой информации можно определить географическую ориентацию.
В магнитометре используются три взаимно перпендикулярных магниторезистивных датчика, причем датчик на каждой оси определяет напряженность геомагнитного поля в данном направлении.
На рисунке выше показан материал сплава с кристаллической структурой. Они очень чувствительны к внешнему магнитному полю, и изменение напряженности магнитного поля приводит к изменению величины сопротивления магниторезистивного датчика.
Кроме того, в трехкоординатном магнитометре может использоваться принцип действия силы Лоренца. Ток, проходя через магнитное поле, создает силу, тем самым вызывая изменения, например, емкости.
Компания Join Sunny предлагает различные виды высокоточных и недорогих ИМС, которые могут использоваться в беспилотных летательных аппаратах и БПЛА. Если вас интересуют высокопроизводительные IMU и их внутренние блоки, свяжитесь с нами: info@joinsunny.cn.