加速度計在AHRS中的應用

特性

±5g 至 ±15g 

出色的偏置穩定性 (小于滿量程的0.05% )

沒有T校準下的低溫度系數

超小型20引腳 LCC 氣密的陶瓷封裝

封裝大小 (8.9mm x 8.9mm)

低功耗

欠壓保護

符合RoHS標準的無鉛焊接

介紹

   慣性導航是通過自足的加速度計和陀螺儀來計算物體位置和速度（例如飛機）的一個過程。姿態和航向參考系統，也就是AHRS，是提供方向，姿態和偏航信息的多軸傳感器，從而使飛機或任何其他在自由空間中移動的物體。

    AHRS的設計是用來取代傳統的機械陀螺飛行儀表，并提供卓越的可靠性和準確性。它們所有三個軸上都沒有固態或MEMS（微機電系統）的陀螺儀，加速度計和磁強計。一些AHRS的使用GPS接收機，以改善陀螺儀長期的穩定性。卡爾曼濾波器通常從這些來源復合地進行計算。

各組成部分的功能

    捷聯慣導系統需要一個初始化過程來建立機身框架以及當地地理參數之間的關系。這一被稱為校準的過程通常需要設備保持平穩，因為建立這種初始狀態需要一定的時間。初始化時，捷聯慣導系統通過自校準工藝，來衡量（水平的）感應加速度和地球速度水平，校準當地水平坐標系縱軸，從而初步判斷（陀螺儀羅盤）的方位。如果能夠知道該飛行器的初始姿態，并且陀螺儀提供了完美的讀數，那么姿態處理器就能順利工作了。然而，最初的姿態鮮為人知，而陀螺儀又常由于上偏置漂移和啟動時的不穩定提供了損壞的數據。

    陀螺儀和加速度也都受到偏置和偏置漂移方面的影響，還有非對準軸誤差問題、加速度的問題（對加速度g敏感）、非線性效應（二

階項或VRE）、比例因子錯誤的影響。磁強計也容易受破壞進行測量地球磁場的磁場干擾。這些錯誤都會在系統安裝的最后裝配步驟中被校準。

    AHRS的最大的誤差在于陀螺儀的偏置影響。沒有任何過濾器的結構，分開獨立的加速計、陀螺儀和磁強計測量，姿態處理器往往會偏離真實的軌跡。

卡爾曼濾波器的態度校正組件，通過支持改正陀螺儀的姿態處理器的軌跡和

陀螺儀的特征偏差狀態，提供了一個飛行中的校準方法。加速度計利用重力

來支持了姿態基準，磁力計則利用地球的磁場矢量提供了航向參考。

應用說明

加速度計在AHRS中的應用

    一般情況下，AHRS的應用程序中加速度計的作用是提供初始姿態基準（水平的），并提供在飛行過程中的姿態更正，用以糾正陀螺儀的漂移。

如今在市場上各類AHRS的解決方案：

    - 精度高的系統采用環形激光陀螺儀（RLG）或光纖陀螺儀（FOG）。它們需要非常的精確，因為它們常被用于自動飛行模式，只有足夠的精確，才能在起飛和降落防止碰撞在地面上大型飛機的機翼，尤其是霧和極端天氣條件下更為重要。對于這種類型的應用，通常需要用在所有條件下偏置穩定性優于2mg以上的加速度計，包括溫度范圍內、線性、二階效應和非對準軸誤差等。

    - 低端的AHRS可以用作飛行員視線的普通援助，或作為備份系統，通常不需要很好的性能。這種類型的航姿系統中經常使用的小型民用飛機和一些無人機。在這些案例中，常使用低端的MEMS加速度計和MEMS陀螺儀。加速度計的范圍取決于所面向的應用。對于高端和中等航姿系統通常所需的性能為10g到15g，而用于低端解決方案的常使用5g的傳感器。

COLIBRYS 的加速度計的航姿系統

    對最佳AHRS性能至關重要的主要參數是偏置穩定性(1)、比例因子穩定性、非對準軸誤差、穩定性和二階非線性效應或VRE的（振動改正誤差）。大多數這些參數的初始偏差，從他們的預期值可以很容易地校準。然而，主要問題是長時間工作的重復性和穩定性、溫度、后沖擊和振動。這些影響可能會導致不可預知的漂移，這將反過來作用于不同級別的加速度計。

Colibrys是MEMS加速度計供應商之一，致力于軍用、航空航天市場，并確定了大量的參數。MS9000.D系列是目前最新一代產品，是Colibrys的旗艦加速度計MS8000產品的進一步改善。MS9000提供一個更小的LCC20封裝包，本質上與MS8000性能相同，但在外形尺寸上較小。MS9010.D 擁有4.5mg(1σ)的長期偏置穩定性和優于400ppm的規模因素。此產品可根據需求用于2g，5g和10g和15g的AHRS加速度范圍。

工作原理

    該加速度計的核心是電容大容量微機械加工的硅傳感器。Colibrys的加速度計制造的基本技術是基于三個硅片結構。三個晶圓通過硅熔融鍵合（SFB）固定在一起。這種粘接工藝，不僅確保一個系統三個晶圓間的完美平衡，也使得能在一個氣密性的密封腔里建立彈簧質量系統。粘接工藝是在高溫（>1000℃）的低氣壓環境下進行的，以確保最佳的氣體阻尼和帶寬控制。這也使得以避免任何表面被污染，特別是水分子，并放松所有粘接材料表面可能存在的表面應力。

“彈簧—質量”的測量范圍系統是強適應性的。開環測量范圍的變化，通過改變彈簧的厚度得到。在加速或傾斜時上下電極和電容值的變化引起質量的移動。這個感應電容的差分變化是通過測量接口電路來計算的，它采用了自平衡電容橋來轉換成校準電壓的輸出信號。

總結

Colibrys是提供AHRS的一個最好的MEMS電容式加速度計。Colibrys不斷致力于研發新產品和新的解決方案。制造技術的發展也鼓動著MEMS傳感器元件以及裝配工藝及相關電子產品不斷改善，特別為優化偏置穩定性（“運行中”和“運行到運行”穩定性），被無數AHRS的供應商所需求。