Miniatuurversnellingsmeters en -gyroscopen zijn essentieel voor toepassingen zoals voertuigdynamica, navigatie en logistiek. In deze blogpost leggen we uit wat ze kenmerkt en waar ze kunnen worden gebruikt.
Kenmerken van miniatuur accelerometers
Lineaire versnelling in één of meer assen of versnelling in verschillende bewegingsrichtingen in de kleinste inbouwruimte: in veel toepassingen kunt u niet om miniatuursensoren heen. Er zijn krachtige MEMS-sensoren ontworpen voor gebruik op printplaten. Deze worden bovenop of aan de zijkant gemonteerd. Afhankelijk van de toepassing kan een accelerometer, een rotatiesnelheidssensor (gyroscoop) of de bijzonder veelzijdige traagheidsmeeteenheid (IMU) voor het registreren van zes vrijheidsgraden de juiste keuze zijn. In alle gevallen worden de miniatuurversnellingsmeters gekenmerkt door hun hoge precisie, stabiliteit op lange termijn en een breed meet- en werktemperatuurbereik. Bestendigheid tegen schokken en trillingen en een laag energieverbruik zijn ook sterke argumenten voor hun gebruik in veeleisende toepassingen. Een uitgebalanceerde, vibrerende silicium MEMS-ring wordt gebruikt als sensorelement in gyroscopen. Het ontwerp garandeert een zeer lage tijd- en temperatuurafhankelijke biasdrift en een hoge herhaalnauwkeurigheid.
Drie meetprincipes afhankelijk van de vereisten
Er zijn drie belangrijke meetprincipes voor miniatuursensoren (zowel versnellingsmeters als gyroscopen): piëzo-elektrisch, capacitief of piëzoresistief. Bij allemaal genereert de gemeten beweging een elektrisch signaal dat toegankelijk is voor alle soorten verdere verwerking.
Piëzo-elektrische sensoren
De piëzo-elektrische sensor maakt gebruik van het vermogen van bepaalde materialen om elektrische spanning op te wekken wanneer ze aan mechanische spanning worden blootgesteld. Capacitieve sensoren meten de verandering in capaciteit tussen twee elektroden, die getriggerd wordt door een verandering in de omgeving. Piëzoresistieve sensoren meten de weerstand van een materiaal die verandert onder mechanische spanning.
Gyroscopen
Gyroscopen meten rotatiebewegingen en hoek- of draaisnelheden. In tegenstelling tot andere rotatiemeters hebben onze gyroscopen geen vast referentiepunt nodig. Ze meten van +/- 25°/sec tot +/- 900°/sec. Dit grote meetbereik maakt ze geschikt voor een grote verscheidenheid aan systemen, van robots tot drones.
Lineaire versnellingssensoren
De lineaire acceleratiesensoren bestrijken een meetbereik van ± 0,25 g en ± 70.000 g in een of meer assen. Naast snelheidsmetingen zijn ze ook geschikt voor trillingen, verplaatsingen of kantelbewegingen.
Toepassingsgebieden voor miniatuurversnellingsmeters in de auto-industrie
De belangrijkste toepassingsgebieden voor miniatuurversnellingsmeters in de auto-industrie zijn besturing en navigatie in veeleisende omgevingen en in toenemende mate ook voor autonome voertuigen. Een ander toepassingsgebied is stabilisatie, bijvoorbeeld in industriële omgevingen met hoge precisie. Nauwkeurige positionering van zenders en ontvangers is essentieel voor moderne communicatiesystemen. Bijzonder belangrijk in deze context is de ongevoeligheid voor schokken en trillingen in ruwe omgevingen en zelfs in de ruimte. In de industrie of voor wetenschappelijke doeleinden, de registratie van bewegingsgegevens in meerdere assen vormt de basis voor vele toepassingen.
Het navigatiesysteem nog steeds werkt in tunnels
Versnellingssensoren en gyroscopen zorgen ervoor dat navigatiesystemen in auto's worden bijgewerkt, zelfs als het GPS-signaal uitvalt, bijvoorbeeld wanneer je door tunnels rijdt. De versnellingssensor registreert veranderingen in snelheid, terwijl de gyroscoop stuurbewegingen registreert. Op deze manier registreren de sensoren alle belangrijke informatie voor het navigatiesysteem.
Rijdynamiek
De levensreddende airbag heeft een signaal nodig om geactiveerd te worden. Hiervoor wordt een acceleratiewaarde gedefinieerd die overeenkomt met een aanrijding en vervolgens het activeren van de airbag activeert. De versnellingssensor meet continu. De trillingsbestendigheid heeft een positief effect omdat het pure acceleratiesignaal wordt gemeten en niet wordt verstoord door andere bewegingen van het voertuig.
Slippen en andere ongewenste bewegingen worden gedetecteerd door gyroscopen. Ze zijn er om het stabiliteitssysteem te activeren wanneer de ingestelde waarden worden overschreden, zodat het voertuig terugkeert naar de gewenste soepele wegligging. Concreet betekent dit dat de informatie van de sensor in fracties van een milliseconde naar de verschillende regeleenheden moet stromen, bijvoorbeeld: “Er werken G-krachten op niveau X in op de vooras - blokkeer onmiddellijk de rechterachterband”. De stabilisatie- en andere rijhulpsystemen kunnen alleen goed werken als deze informatiestroom dankzij het sensorsysteem soepel verloopt.
Pakketten met een drone
Alles wat vliegt moet rekening houden met zijn gewicht. Daarom zijn miniatuursensoren met een lage massa de juiste keuze voor het vastleggen van bewegingsinformatie in civiele drones. Een mogelijke toepassing is het bezorgen van medicijnen of kleine pakketjes. Bezorging vanuit de lucht is ook bedoeld om verkeersopstoppingen in steden te verlichten en personeelstekorten tegen te gaan. In gebouwen met meerdere verdiepingen zou het zelfs niet nodig kunnen zijn om naar de voordeur te gaan als de bezorgdrone 'op het raam klopt'.
Drones worden ook gebruikt in de landbouw: In de zogenaamde smart farming kunnen individuele planten gericht van specifieke producten worden voorzien, bijvoorbeeld in de wijnbouw.
Naast hun technische functionaliteit moeten alle mobiele toepassingen worden geoptimaliseerd wat betreft hun stroomverbruik, zodat de batterijen die ze dragen zo licht mogelijk blijven. Tegelijkertijd moet zelfs het meest compacte formaat zeer goed bestand zijn tegen schokken en trillingen om betrouwbare resultaten te behalen. De selectie van een geschikte transducer voor de betreffende toepassing is altijd een afweging tussen het benodigde vermogen en het bijbehorende verbruik of het gewicht van de componenten. Onze oplossingen worden op maat gemaakt voor de betreffende toepassing.
Bewegingsopnemers (IMU's) met zes vrijheidsgraden
De IMU-combinatiesensoren detecteren alle bewegingen. IMU's combineren een drieassige versnellingsmeter met een drieassige hoeksnelheidssensor. Dit wordt de detectie van zes vrijheidsgraden genoemd. Deze allrounders worden bijvoorbeeld gebruikt in productierobots, waar alle armbewegingen en de bijbehorende versnelling worden gemeten. Niet alle onderdelen worden blootgesteld aan hoge versnellingen. De IMU geeft ook informatie over de positie, d.w.z. waar de robotarm en -hand zich op elk moment in het productieproces bevinden.
OEM-versie of een compleet systeem
Over het algemeen bieden wij onze miniatuurtransducers over het algemeen in twee versies aan: als OEM-versie of met een eigen behuizing. De versie in de behuizing is klaar voor onmiddellijk gebruik met een eigen connector. In de OEM-versie kunnen onze klanten de printplaat met de gesoldeerde sensoren in hun eigen systeem integreren - met soldeerpunten of pennen. De sensoren kunnen plat (vlak) of rechtop (orthogonaal) op de printplaat worden gemonteerd. We kunnen individuele OEM-ontwerpen binnen een korte periode van acht tot twaalf weken realiseren en ze ook in grote hoeveelheden leveren voor serietoepassing door onze klanten.
Nog beter met tools voor ontwikkelaars
Wij ondersteunen onze klanten ook bij de beoordeling en verdere integratie van versnellingssensoren en gyroscopen. Met speciale ontwikkelkaarten, die we kunnen leveren, kunnen tests en analyses worden uitgevoerd voor pure evaluatie. Dit maakt de ontwikkeling op maat van OEM-oplossingen nog gerichter en efficiënter.