Принцип и структура
Кварцевый акселерометр - это разновидность прецизионного инерциального датчика, который может определять ускорение по изменению относительного положения кварцевого маятника. Скорость и положение системы могут быть точно рассчитаны, а точный сигнал измерения ускорения может быть использован для навигации, наведения, контроля и настройки различных систем. Маятниковая пластина кварцевого акселерометра изготовлена из кварцевого материала после лазерной резки, кислотного травления и другой специальной обработки, коэффициент теплового расширения очень мал по сравнению с обычным стеклом 1/10 ~ 1/20, а толщина гибкой балки составляет 0,03 мм. Кварцевые акселерометры, как правило, состоят из кристаллов кварца, блоков массы и электродов. Кристалл кварца используется в качестве основного компонента датчика, блок массы используется для измерения ускорения, а электрод используется для измерения пьезоэлектрического заряда. Среди них прецизионные характеристики кварцевых акселерометров, выпускаемых компанией ericco, могут достигать среднего и высокого уровня навигации. В качестве примера взят ER-QA-03A с повторяемостью смещения 10-50 мкг, повторяемостью масштабного коэффициента 15-50 частей на миллион и нелинейной повторяемостью II класса 10-30 мкг/г2.
MEMS-акселерометры также известны как микроэлектромеханические системы (MEMS). Датчик ускорения - это встроенный датчик ускорения, который может измерять ускорение объекта в пространстве. Он также может использоваться для измерения линейного ускорения и угловой скорости объекта. Принцип работы MEMS-акселерометров заключается в обнаружении динамического поведения объектов в пространстве с помощью одного или нескольких компонентов MEMS-систем, которые могут быть микроконденсаторами, микрогенераторами, микромеханическими переключателями и т.д. Когда объект ускоряется, параметры этих элементов изменяются, так что ускорение обнаруживается и измеряется.
Структура MEMS-акселерометра в основном состоит из четырех частей: блока масс, пружины, индукционной цепи и корпуса. Среди них блок массы является основным компонентом, используемым для определения ускорения, пружина используется для поддержки и ограничения перемещения блока массы, индукционная схема используется для преобразования механического перемещения в электрический сигнал, а корпус используется для защиты структуры и электроники MEMS акселерометр.
Приложение
Кварцевый акселерометр широко используется в авиации, на инерциальных навигационных платформах и в других областях, поскольку его долговременная стабильность превосходит MEMS-акселерометры, а также обладает характеристиками высокой точности, стабильности и быстрого отклика. В процессе производства самолетов кварцевые акселерометры могут использоваться для проверки прочности конструкции и летных характеристик самолетов. В ходе выполнения полетного задания кварцевый акселерометр может использоваться для измерения ускорения самолета в различных направлениях и передаваться в систему управления полетом для анализа и обработки в режиме реального времени. Кроме того, кварцевый акселерометр также можно использовать для измерения положения самолета в реальном времени, смещения гироскопа и вибрации во время полета. В дополнение к своим небольшим размерам, кварцевый акселерометр ER-QA-03C, предназначенный для авиационных инерциальных навигационных систем, может использоваться не только для аэрокосмических инерциальных испытаний, но и для измерения статических и динамических ускорений.
MEMS-акселерометр широко используется в различных областях. В области мобильных устройств MEMS-акселерометры используются для навигации, определения ориентации, стабилизации изображения и т.д. В автомобилестроении MEMS-акселерометры могут использоваться для контроля устойчивости транспортных средств, обнаружения столкновений и т.д.. В области промышленного контроля MEMS-акселерометры могут применяться для мониторинга вибрации, навигации роботов и т.д. MEMS-акселерометры также часто используются с MEMS-гироскопами, и их конструкция и технология обработки становятся все более совершенными. Например, ER-MA-5 имеет стабильность смещения (дисперсия по Аллену) в 5 мкг и ежемесячную повторяемость смещения в 200 мкг.
Преимущества и недостатки
Кварцевый акселерометр может выделяться среди многих акселерометров не только своими уникальными характеристиками, но и более высокой долговременной стабильностью и чувствительностью. Его недостатком является то, что диапазон измерений ограничен жесткостью и размером вибрационной балки и другими факторами, общий диапазон измерений составляет не более десятков g, и он уязвим к повреждению при высоких ускорениях.
MEMS-акселерометры обладают многими преимуществами, такими как небольшие размеры, малый вес, низкое энергопотребление и низкая цена. Кроме того, MEMS-акселерометры также обладают высокой чувствительностью и большим диапазоном измерений. Однако MEMS-акселерометры также имеют некоторые недостатки, такие как большой температурный дрейф, большой уровень шума и нестабильная чувствительность.
Тенденция развития
В настоящее время кварцевые акселерометры и MEMS-акселерометры все еще имеют большой потенциал для развития с точки зрения производительности и применения. В связи с непрерывным развитием технологий исследователи пытаются решить проблемы шума акселерометра, температурного дрейфа и т.д., а также постоянно улучшать его чувствительность и стабильность.