Πλεονεκτήματα των συστημάτων αδρανειακής πλοήγησης με βάση το MEMS

Τα Συστήματα Αδρανειακής Πλοήγησης (INS) αποτελούν εδώ και καιρό τη ραχοκοκαλιά τηςπλοήγησης σε συνθήκες άρνησης GPS, ελέγχου στάσης και παρακολούθησης κίνησης. Μεταξύ των βασικών τεχνολογιών που τροφοδοτούν τα σύγχρονα INS, ταMEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)ξεχωρίζουν ως η πιο μετασχηματιστική καινοτομία. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς μηχανικούς γυροσκόπιους ή τους οπτικούς γυροσκόπιους ινών (FOG), οι αδρανειακοί αισθητήρες MEMS κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μικροκατασκευή τύπου ημιαγωγών, φέρνοντας ένα νέο σύνολο πλεονεκτημάτων απόδοσης και οικονομίας στους σχεδιαστές συστημάτων.

Τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης που βασίζονται σε MEMS αναπτύσσονται πλέον ευρέως σεστρατιωτικές τακτικές συσκευές, UAV, ADAS αυτοκινήτων, βιομηχανική ρομποτική, ναυτιλιακά ηλεκτρονικά και εργαλεία πλοήγησης καταναλωτών. Σε αυτό το άρθρο, αναλύουμε ταβασικά πλεονεκτήματα των MEMS INSκαι εξηγούμε γιατί έχουν γίνει η πρώτη επιλογή για τα περισσότερα σύγχρονα μηχανολογικά έργα.

Οι αδρανειακοί αισθητήρες MEMS κατασκευάζονται σε επίπεδο τσιπ, καθιστώντας τουςεξαιρετικά μικρούς και ελαφρούς. Αυτό είναι κρίσιμο για εφαρμογές με αυστηρούς περιορισμούς χώρου, όπως:

• Μικρά τακτικά UAV
• Συσκευές πλοήγησης που φοριούνται από στρατιώτες
• Φορητά στρατιωτικά εργαλεία GPS/INS
• Φορητός εξοπλισμός βιομηχανικών μετρήσεων
• Καταναλωτικά drones και έξυπνες συσκευές

Μια πλήρης μονάδα MEMS INS μπορεί να χωρέσει σε μια ενιαία πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, επιτρέποντας την απρόσκοπτη ενσωμάτωση σε σχεδόν οποιαδήποτε πλατφόρμα.

Οι αισθητήρες MEMS λειτουργούν στηνπεριοχή των milliwatt, πολύ χαμηλότερα από τους FOG και τους μηχανικούς γυροσκόπιους. Αυτό το πλεονέκτημα υποστηρίζει άμεσα:

• Φορητές συσκευές που τροφοδοτούνται με μπαταρία
• UAV και μη επανδρωμένα συστήματα μεγάλης διάρκειας πτήσης
• Εξοπλισμός απομακρυσμένης παρακολούθησης
• Φορητή πλοήγηση στρατιωτών

Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σημαίνει μεγαλύτερο χρόνο αποστολής και μικρότερο ενεργειακό φορτίο στην πλατφόρμα υποδοχής.

Χωρίς μεγάλα κινούμενα μέρη και με συμπαγή μικροδομή, τα αδρανειακά συστήματα MEMS προσφέρουνανώτερη ανθεκτικότητα σε κραδασμούς, δονήσεις και μηχανικές καταπονήσεις. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για:

• Στρατιωτικά οχήματα εδάφους (άρματα μάχης, τεθωρακισμένα οχήματα)
• Πλατφόρμες πυροβολικού και όπλων
• Υψηλής ταχύτητας drones και αεροσκάφη
• Βιομηχανικά μηχανήματα και ρομποτική

Διατηρούν σταθερή απόδοση σε σκληρά περιβάλλοντα πεδίου μάχης και βιομηχανικά περιβάλλοντα.

Τα αδρανειακά συστήματα MEMS απαιτούνμηδενικό χρόνο προθέρμανσηςκαι αρχίζουν να παράγουν σταθερά δεδομένα μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αυτό είναι κρίσιμο για την αποστολή:

• Πλοήγηση έκτακτης ανάγκης
• Στόχευση και σταθεροποίηση όπλων
• Έλεγχος κίνησης σε πραγματικό χρόνο
• Εξοπλισμός τακτικής γρήγορης απόκρισης

Η γρήγορη εκκίνηση υποστηρίζει τη λειτουργία "ενεργοποίηση και μετάβαση" στο πεδίο.

Οι αισθητήρες MEMS παράγονται χρησιμοποιώντας ώριμες διαδικασίες ημιαγωγών, επιτρέπονταςμαζική παραγωγή υψηλού όγκου και χαμηλού κόστους. Αυτό το πλεονέκτημα μειώνει το εμπόδιο εισόδου για:

• Μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη στρατιωτικού εξοπλισμού
• Εμπορικά έργα οχημάτων και ρομποτικής
• Εφαρμογές υψηλού όγκου για καταναλωτές και βιομηχανία

Σε σύγκριση με τα συστήματα FOG και πλοήγησης, τα MEMS INS μειώνουν δραματικά το συνολικό κόστος του έργου.

Οι αδρανειακές μονάδες MEMS ενσωματώνονται εύκολα με επιταχυνσιόμετρα, μαγνητόμετρα, GPS και βαρόμετρα για να σχηματίσουν ένασύστημα ολοκληρωμένης πλοήγησης υψηλής απόδοσης.

• Υποστήριξη τυπικών ψηφιακών διεπαφών (UART, CAN, SPI, I2C)
• Συμβατό με τα περισσότερα ενσωματωμένα συστήματα
• Ιδανικό για σύντηξη GPS/INS, AHRS και εφαρμογές IMU

Αυτή η ευελιξία απλοποιεί το σχεδιασμό του συστήματος και επιταχύνει την ανάπτυξη.

Τα σύγχρονα βιομηχανικά και στρατιωτικά MEMS INS υποστηρίζουν:

• Ευρύ εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας
• Αντοχή σε υψηλή υγρασία και σκόνη
• Ισχυρή προσαρμοστικότητα σε ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα (με κατάλληλη θωράκιση)
• Μεγάλη διάρκεια ζωής και χαμηλό ποσοστό αστοχίας

Αυτά τα χαρακτηριστικά διασφαλίζουν αξιόπιστη λειτουργία σε ακραίες συνθήκες πεδίου.

• Στρατός & Άμυνα: Τακτική πλοήγηση, συσκευές στρατιωτών, UAV, πλοήγηση οχημάτων, σταθεροποίηση όπλων
• Αεροδιαστημική: Μικρά αεροσκάφη, drones, έλεγχος πτήσης, παρακολούθηση κεραίας
• Αυτοκινητοβιομηχανία: ADAS, αυτόνομη οδήγηση, ηλεκτρονικός έλεγχος ευστάθειας
• Ναυτιλία: Πλοήγηση μικρών σκαφών, USV, μέτρηση στάσης
• Βιομηχανία: Ρομποτική, σταθεροποίηση πλατφόρμας, επιθεώρηση, καταγραφή
• Καταναλωτές: Smartphones, wearables, AR/VR, γυμπαλες φωτογραφίας

Τα συστήματα αδρανειακής πλοήγησης που βασίζονται σε MEMS συνδυάζουνμικρογραφία, χαμηλή κατανάλωση, ανθεκτικότητα, ταχύτητα και προσιτότητασε μία λύση. Ενώ τα συστήματα FOG υψηλής τεχνολογίας εξακολουθούν να κυριαρχούν σε στρατηγικές εφαρμογές εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας, τα MEMS INS έχουν γίνει η κυρίαρχη επιλογή γιατακτικά, εμπορικά, βιομηχανικά και φορητά συστήματα πλοήγησης.

Για μηχανικούς και κατασκευαστές έργων που αναζητούν μια ισορροπία απόδοσης, μεγέθους, ισχύος και κόστους, η αδρανειακή πλοήγηση MEMS είναι συχνά η βέλτιστη λύση.