Современная электроника №6/2023

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 6 / 2023 Летать ? Легко ! Датчики KTP длябеспилотников Эта статья об инерциальных датчиках КТР адресована не только энтузиастам полётов и разработчикам систем управления БПЛА . Но и тем , чья задача – создавать и модернизировать блоки контроля и управления перемещением безэкипажных морских и речных судов , автономных сухопутных транспортных средств – колёсных , гусеничных , шагающих , а также обеспечивать стабилизацию полезной нагрузки . Обзор характеристик МЭМС датчиков движения и готовых модулей на их основе призван облегчить выбор и сократить путь до внедрения в изделия . Александр Бекмачев Беспилотная техника стала привыч - ным явлением современной жизни . В наше время отпадает необходимость в визуальной инспекции и контроль - ной фотосъемке трассы магистраль - ной газовой трубы с борта самолёта или вертолёта . Обзорную панораму городских новостроек или рекламное фото курортного побережья с высо - ты птичьего полёта можно сделать , не вставая со скамейки . Даже для доставки посылки в труднодоступ - ную местность по воздуху больше не нужен волшебник в голубом верто - лёте . Всё это дешевле , безопаснее и экологичнее делают теперь машины , которые мы привычно называем « бес - пилотники ». Беспилотные летательные аппа - раты ( БПЛА ), беспилотные воз - душные суда ( БВС ), дроны , коптеры – всё , что может быть объ - единено англоязычной аббревиату - рой UAV – unmanned aerial vehicle – уже не вызывают у нас того благого - вейного восхищения , которое сопрово - ждало первые паровозы 200 лет назад . БПЛА стал привычным инструментом , который отправляется в автономный полёт по назначенной траектории или удалённо управляется оператором на избранных участках маршрута . Для наглядности рассмотрим имен - но воздушные суда . Они в наибольшей степени находятся « на виду » и наибо - лее массовы в отличие , например , от подводных беспилотников , которые также перемещаются в трёх простран - ственных измерениях . Безэкипажные надводные суда (USV), беспилотные наземные колёсные , гусеничные , шага - ющие и прочие аппараты (UGV) порой незаменимы в своих областях приме - нения , и к ним в равной степени мож - но приложить большинство техниче - ских решений с БПЛА . Основой функционирования беспи - лотной техники и источником инфор - мации для неё служат датчики : ско - рости , ускорения , наклона / поворота , давления , магнитного поля , элек - тромагнитного излучения , включая УФ - видимый и ИК - спектры , электри - ческой ёмкости , химического состава окружающей среды , наличия пыли , уровня влажности , акустические и дру - гие , более специфические . Для выполнения поставленных задач беспилотник , в первую очередь , как и человек , которого он заменяет , должен надёжно ориентироваться в простран - стве : различать положения « влево - вправо », « вперёд - назад », « вверх - вниз », а также определять направление дви - жения – курс и скорость . Этой цели – навигации – как раз и служат инерциальные датчики , допол - няемые электронными компасами и сигналами глобальных навигаци - онных спутниковых систем ( ГНСС ). Вторая задача , выполняемая инерци - альными датчиками на борту беспи - лотного средства , – это управление полезной нагрузкой : манипулятора - ми , камерами , другими исполнитель - ными устройствами . Инерциальные датчики Базовые инерциальные датчики – это акселерометры и гироскопы . Путём их комплексирования созда - ются средства измерения параметров движения с расширенной функцио - нальностью . Акселерометр Служит для измерения линейной скорости и ускорения . Современные МЭМС - акселерометры представля - ют собой ИМС с заключённым вну - три чувствительным элементом . Вместе со схемами нормирования сигнала и формирования одного из интерфейсов промышленного стан - дарта МЭМС - акселерометры могут помещаться в прочный корпус со встроенным электрическим соеди - нителем , стойкий к внешним воз - действиям . Гироскоп Предназначен для измерения угла наклона / поворота , а с системой обра - ботки сигнала – для измерения угло - вого ускорения и угловой скорости . Отсюда происходит и отечественный термин « датчик угловой скорости » – ДУС . Конструктивное разнообра - зие современных гироскопов вели - ко – волоконно - оптические ( ВОГ ), кольцевые лазерные ( КЛГ ), твердо - тельные волновые ( ТВГ ). Мы рассмо - трим наиболее бюджетный , выпол - ненный по технологии МЭМС . Как и чувствительный элемент МЭМС - акселерометра , кристалл МЭМС - гироскопа помещается в один из стандартных корпусов ИМС , а тот , при необходимости , вместе с сопут - ствующими схемами предваритель - ной обработки закрывается внешней оболочкой с разъёмом или кабельным жгутом . Инерциальный измерительный модуль Когда ставится задача одновремен - ного измерения поступательного или вращательного движения в двух - трёх плоскостях , становится технически и экономически целесообразно объеди - нять в один кластер от 2 до 6 чувстви - тельных элементов акселерометров и гироскопов . Такой инерциаль - ный измерительный модуль может иметь вид интегральной микросхемы для монтажа на печатную плату или выглядеть как функционально закон - ченное изделие в ударостойком пла - стиковом или металлическом корпусе с отверстиями , пазами для крепления и встроенным электрическим соеди - нителем для сигнальных и силовых цепей .