簡介

　　中等精度導航系統 (IMU), AHRS 和控制系統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行初始調平和糾正在移動中的陀螺漂移。

　　在此文章中，我們將比較目前正處在開發中的 Colibrys ±10g 加速度傳感器MS9010.D 和 RS9010.A 的主要參數，用以支持系統設計者，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進行比較，它包括：零偏重復性，標度因數，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最佳選擇的 RS9010.A 。也可提供±2g 和±200 克之間的各種量程g。

　　MS9100 產品，多 g 量程與穩定性的結合

　　特點

　　量程從±1g 到 ±200g

　　長期零偏穩定性

　　低整流誤差

　　超小型20 引腳LCC 陶瓷氣密性封裝(8.9mm x 8.9mm)

　　適用于惡劣環境

　　小尺寸體積

　　符合 RoHS 標準，適用于無鉛焊接過程和SMD 安裝

　　選擇慣性加速度傳感器產品主要差異是零偏長期穩定性，標度因數穩定性和軸對準的可重復性。這些參數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，由于發動機或其它來源的鄰近效應，在加速度傳感器被安裝的環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和標準航姿系統(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定性優于 7.5mg，對于量程±5g，優于 3.75mg，其標度因數重復性優于 400ppm。圖 1 顯示了對于各種量程 MS9000.D 的一年零偏穩定性的測量結果。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 已經展現了其出色的抗沖擊性能以及沖擊后優異的穩定性。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。我們也開發了抗震性高達20’000g 的專門解決方案 (HS8000 和 HS9000) 。

　　圖示 1: 零偏穩定性包括在 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)，對于±2g到±100g 產品組合。

　　RS9010 加速度傳感器

　　為了應對新的高端需求，Colibrys 目前正在開發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 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 (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穩定性而設計的。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。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于1.5mg， 且標度因數穩定性優于150ppm。此外，RS9010.A 的振動整流誤差可比擬機電(Q-FLEX)規格。這些綜合性能使得 RS9010.A成為未來的高性能航姿系統的最佳候選產品之一。

　　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2000Hz頻率范圍，RS9010.A振動整流誤差<100μg/g2。此圖形由37只不同的傳感器疊加而成

　　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 長期溫度系數的性能有所改善。

　　這表明長期穩定性的提高。

　　結論

　　Colibrys公司一直為中等精度的導航系統(IMU)和AHRS 研發與提供不同的加速度傳感器設計 。

　　MS9010.D和MS9005.D具有約 5mg 的整體長期偏置穩定性，對于一個標準的航姿系統表現了最好的性價比。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10g時，其數值低于100μg/g2。這些性能證明：對于未來高精度航姿系統的應用，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(IMU)，RS9010.A 都是最佳選擇之一。