شیب های الکترونیکی چگونه کار می کنند؟ درک فناوری

شیب های الکترونیکی چگونه کار می کنند؟ درک فناوری

تصور کنید که از طریق تورم های سنگین حرکت می کنید ، کشتی خود را به طور غیرقابل پیش بینی می چرخانید. دانستن زاویه دقیق بدنه خود نسبت به عمودی واقعی فقط مربوط به راحتی نیست - برای محاسبات پایداری ، ایمنی بار ، عملکرد خودکار خودکار و ایمنی کلی بسیار مهم است. این جایی است که شیب سنج الکترونیکی دریایی در آن قدم می زند ، و کارت سنتی آونگ- و- را با دقت دیجیتالی پیشرفته جایگزین می کند. اما چگونه این ابزار اساسی در واقع جادوی خود را کار می کند؟

فراتر از آونگ: اصل اصلی

در قلب آن ، یک شیب سنج الکترونیکی زاویه شیب را نسبت به جهت گرانش اندازه گیری می کند. در حالی که شیب های مکانیکی قدیمی از یک آونگ فیزیکی استفاده می کردند ، نسخه های الکترونیکی مدرن به سیستم های مکانیکی (MEMS) سیستم های مکانیکی (MEMS) پیشرفته {1} {- {{{2}.

فن آوری های کلیدی در داخل:

1. شتاب سنج MEMS: ردیاب های گرانشی
اصل: این سنسورها نیروهای شتاب را اندازه می گیرند. از نظر مهم ، هنگامی که یک کشتی ثابت است یا با سرعت ثابت بر روی آب آرام حرکت می کند ، شتاب اصلی که روی آن عمل می کند گرانش است (1G ، مستقیم به پایین).
نحوه عملکرد آن: در داخل یک شتاب سنج MEMS ، یک توده کوچک و انعطاف پذیر (توده اثبات) بین صفحات خازن به حالت تعلیق در می آید. هنگامی که سنسور کج می شود ، گرانش نیرویی را بر روی توده اعمال می کند و باعث می شود کمی از آن منحرف شود. این انحراف ظرفیت (امکان ذخیره بار الکتریکی) بین توده و صفحات را تغییر می دهد.
خروجی: مدارهای الکترونیکی این تغییرات خازن دقیقه را با دقت شدید اندازه گیری می کنند و آنها را به سیگنال های الکتریکی متناسب با نیروی شتاب در امتداد محور سنسور تبدیل می کنند. با دانستن جهت وکتور نیروی گرانش نسبت به جهت گیری سنسور ، شیب سنج می تواند زمین را محاسبه کند (Fore- tilt tilt) و Roll (Side - to to {{3} tilt side) زاویه ها.
دقت استاتیک: Accelerometers در اندازه گیری شیب تحت استاتیک یا آهسته - شرایط متحرک که در آن گرانش نیروی غالب است ، برتری دارند.

2. MEMS ژیروسکوپ ها: ردیاب های چرخش
اصل: ژیروسکوپ ها سرعت زاویه ای را اندازه گیری می کنند - چقدر سریع چیزی در اطراف یک محور می چرخد ​​(درجه در ثانیه یا رادیان در ثانیه).
نحوه عملکرد آن: MEMS ژیروسکوپ ها به طور معمول از اثر Coriolis استفاده می کنند. یک توده ارتعاش ریز در یک هواپیما به نوسان می رسد. هنگامی که سنسور چرخش را تجربه می کند ، نیروی کوریولیس عمود بر جهت ارتعاش و محور چرخش عمل می کند و باعث نوسان ثانویه و قابل تشخیص می شود. این حرکت ثانویه (اغلب از خازنی) اندازه گیری می شود و به یک سیگنال الکتریکی متناسب با سرعت چرخشی تبدیل می شود.
خروجی: ژیروسکوپ میزان تغییر زمین یا رول را فراهم می کند. با ادغام (جمع بندی ریاضی) این سیگنال سرعت زاویه ای با گذشت زمان ، شیب سنج می تواند تغییر زاویه را تعیین کند.

عملکرد پویا: ژیروسکوپ ها برای اندازه گیری دقیق در حرکات سریع عروق (مانند ضربه زدن به موج) بسیار مهم هستند که در آن شتاب سنج به تنهایی می تواند توسط شتاب های جانبی یا عمودی که صرفاً گرانشی نیستند ، فریب دهند.

فیوژن سنسور: مغزهای پشت عمل

تکیه تنها بر روی یک شتاب سنج منجر به خطا در حین حرکت پویا می شود (شتاب/کاهش سرعت ، اثرات موج). تکیه فقط به ژیروسکوپ منجر به "رانش" می شود - خطاهای کوچک در اندازه گیری نرخ با گذشت زمان جمع می شوند و باعث می شود زاویه محاسبه شده نادرست شود.

قدرت واقعی شیب های الکترونیکی مدرن در الگوریتم های فیوژن سنسور نهفته است. ریزپردازنده پردازنده (یا قطب سنسور اختصاصی) به طور مداوم جریان های داده را از شتاب سنج ها و ژیروسکوپ ها ترکیب می کند (و اغلب مغناطیس برای مرجع عنوان):

1. داده های شتاب سنج: مرجع مطلق به گرانش را ارائه می دهد ، و با گذشت زمان ، رانش ژیروسکوپ را تصحیح می کند. بهترین برای مدت طولانی - ، دقت استاتیک.
2. داده های ژیروسکوپ: اندازه گیری اصطلاحات بسیار پاسخگو ، کوتاه- اندازه گیری تغییرات زاویه ، فیلتر نویز و نیروهای گذرا که شتاب سنج را اشتباه می گیرند ، فراهم می کند. بهترین برای ردیابی حرکت پویا.
3. الگوریتم (به عنوان مثال ، فیلتر کالمن): این فیلتر پیشرفته ریاضی هوشمندانه داده ها را از هر سنسور بر اساس شرایط فعلی وزن می کند. با پیش بینی حالت (زاویه ، نرخ) و دائماً آن پیش بینی را با اندازه گیری سنسور جدید به روز می کند. به طور موثری سر و صدا را صاف می کند و ضعف هر نوع سنسور فردی را جبران می کند.