Vodič za odabir senzora tlaka UAV-a za kontrolu visine, brzine i leta drona

Na 5000 stopa, barometrijska pogreška od 10 hPa prevodi se u otprilike 84 metra visinske pogreške. Za bespilotne letjelice s fiksnim krilima koje lete u misije praćenja terena, ta margina je razlika između čistog prolaska i kontroliranog pada. Senzori tlaka UAV-a instrumenti su koji kontroloru leta govore gdje se zrakoplov nalazi u atmosferi, a odabir pravog trebao bi se temeljiti na mjerljivim specifikacijama, a ne na marketingu podatkovne tablice.

Što UAV senzori tlaka zapravo mjere

Senzori tlaka UAV-a daju tri temeljna mjerenja: barometarsku visinu, zračnu brzinu i okomitu brzinu. Svako mjerenje zahtijeva različitu konfiguraciju senzora, a rano odvajanje ovih funkcija u procesu dizajna štedi mjesece rada na integraciji.

Barometarska visina dolazi od senzora apsolutnog tlaka. Kontroler leta pretvara statički tlak u otvoru u visinu koristeći standardni model atmosfere. Apsolutni senzor s rasponom pune skale od 110 kPa pokriva razinu mora do otprilike 10 000 metara, što je dovoljno za većinu komercijalnih operacija UAV-a.

Brzina zraka koristi senzor diferencijalnog tlaka. Pitotova cijev stvara nizak tlak iz kretanja prema naprijed, a senzor očitava razmak između statičkog priključka i Pitotove cijevi. Rezultirajući delta tlak proporcionalan je kvadratu brzine zraka. Za bespilotne letjelice s brzinama krstarenja ispod 10 m/s, senzor mikrotlaka s rasponom pune skale ispod 1 kPa je bitan jer je delta-tlak pri tim brzinama samo nekoliko stotina paskala.

Okomita brzina obično se izvodi diferenciranjem signala visine. Neki kontroleri leta kombiniraju senzor tlaka s inercijalnom mjernom jedinicom za suzbijanje buke, ali senzor tlaka ostaje primarni izvor podataka.

Detekcija utjecaja tla još je jedan slučaj upotrebe. Kako se UAV približava površini za slijetanje, mijenja se profil tlaka ispod ispiranja rotora. Diferencijalni senzor s rasponom od 0 do 0,5 kPa i brzim vremenom odziva daje podatke potrebne za gladak algoritam dodira.

MCP-H21 Senzor pritiska za dronove Opisi Serija MCP-H21 je paket male veličine (SOP) s dvostrukim priključcima, koji integrira pojačanje signala, nelinearnost i temperaturnu kompenzaciju za... Pogledajte proizvod →

Pet specifikacija mikro senzora tlaka koje su bitne za dizajn drona

Pet specifikacija određuje hoće li senzor tlaka doista raditi za bespilotnu letjelicu: raspon mjerenja, točnost, izlazni format, pakiranje i toplinska stabilnost. Zaključajte ovih pet vrijednosti prije pokretanja izgleda PCB-a.

1. Raspon mjerenja - Za nadmorsku visinu, apsolutni raspon trebao bi pokrivati 30 do 110 kPa. Za brzinu zraka, diferencijalni raspon bi trebao biti dimenzioniran tako da očekivana omotnica leta koristi 50 do 70 posto pune skale.
2. Točnost - Izlazna specifikacija pune skale od 0,2 posto dovoljna je za zadržavanje visine, ali pogreška pomaka važnija je od linearnosti. Pomak od 0,1 posto FSS-a na baznoj referenci stvara više metara prividne nadmorske pogreške.
3. Izlazni format - Digitalni I2C pojednostavljuje ožičenje i uklanja algoritam kompenzacije iz kontrolera leta. Analogni izlaz ostaje koristan za prilagođene ploče autopilota s ADC-om visoke razlučivosti i čistim analognim prednjim dijelom.
4. Paket - Pakiranje za površinsku montažu (SOP) obavezno je za proizvodne kontrolere leta. DIP ili SIP paketi rade za testiranje na stacionarnim uređajima, ali se rijetko koriste u volumenskom sklapanju drona.
5. Toplinska stabilnost - Tvornička toplinska kompenzacija na više temperaturnih točaka je ono što održava točnost stabilnom u radnoj ovojnici.

The preciznost senzora diferencijalnog tlaka koju nudi obitelj MemsTech MCPh20 i MCPh21 izravno se uklapa za mjerenje brzine zraka i utjecaja na tlo u platformama s više rotora i fiksnim krilima.

DPT-R8 Mikro senzor tlaka Uvod Predmet ovog dokumenta su karakteristike funkcionalnosti transmitera diferencijalnog tlaka temeljenog na Honeywell ABP seriji senzora tlaka... Pogledajte proizvod →

Digitalni naspram analognog izlaza: odabir sučelja za vaš kontroler leta

Digitalni I2C izlaz sada je zadani za senzore tlaka UAV-a jer pomiče radno opterećenje kalibracije s kontrolera leta. Analogni izlaz i dalje je važan za prilagođene dizajne autopilota koji zahtijevaju neobrađene podatke senzora.

Digitalni I2C senzori izravno isporučuju kalibrirane podatke o tlaku i temperaturi, što smanjuje opterećenje procesora i eliminira potrebu za preciznim analognim prednjim dijelom. Kontroler leta očitava kompenzirane vrijednosti bez izvođenja matematike kalibracije. Ovo je najjednostavniji put do pouzdanih podataka o visini i brzini u kompaktnom skupu bespilotnih letjelica.

Analogni senzori emitiraju napon linearno proporcionalan tlaku. Ako autopilot već ima 16-bitni ADC sa stabilnim referentnim naponom, analogni senzor može pružiti nižu latenciju. Međutim, šum prebacivanja ESC-a iz pogona motora velike struje može pokvariti analogna očitanja tlaka, posebno u konfiguracijama s više rotora s četiri ili više ESC-a. Latencija je još jedna razlika. Digitalni I2C senzori obično javljaju na 1 kHz, što je dovoljno brzo za većinu kontrolera leta. Analogni senzori imaju u biti nultu latenciju protokola jer se vrijednost pojavljuje odmah na izlaznom pinu.

• Digitalni I2C - Dvožična sabirnica, ugrađena temperaturna kompenzacija, niža EMI osjetljivost, jednostavnije ožičenje u kompaktnim nizovima.
• Analogni napon - Jedan izlazni pin, zahtijeva vanjski ADC, punu kontrolu nad krivuljom kalibracije, nižu cijenu komponenti za jednostavne dizajne.

Temperaturni pomak: Skriveni uzrok pogreške u visini

Temperaturni pomak, a ne sama matrica senzora, vodeći je uzrok pogreške barometarske visine u sustavima UAV. Temperatura zraka pada približno 6,5 stupnjeva Celzijusa na 1000 metara uspona, a pomak nulte točke senzora pomiče se kako se mijenja temperatura paketa.

Bez kompenzacije, zamah od 10 Celzijevih stupnjeva može pomaknuti pomak dovoljno da proizvede desetke metara prividne pogreške u visini. Tvornička kalibracija to rješava izvođenjem kompenzacije nulte točke i pune skale na točkama niske i vruće temperature, zatim provjerom stabilnosti tijekom dugog razdoblja namakanja.

MemsTech primjenjuje ovaj postupak na svaki proizvod prije otpreme, zbog čega specifikacija od 0,2 posto FSS vrijedi u stvarnim uvjetima leta, a ne samo na papiru.

Čimbenici pakiranja, integracije i lanca opskrbe za proizvodne UAV-ove

Pakiranje za površinsku montažu odlučujući je faktor za masovnu proizvodnju dronova. SOP paket podržava automatsko odabiranje i postavljanje, smanjuje površinu ploče i eliminira korak lemljenja ploče kroz rupu koji usporava DIP sklapanje.

Za proizvodne količine iznad 10.000 jedinica, izbor pakiranja izravno utječe na prinos i troškove montaže. DIP i SIP paketi i dalje su korisni za izradu prototipa na stolu, ali dodaju vrijeme ciklusa i ručni rad proizvodnoj liniji. Senzor dizajniran za površinsku montažu, poput serije MCPV5xxx, neprimjetno se integrira s modernim profilima za lemljenje reflowom.

Prilikom odabira senzora za proizvodnju, dobavljačeve unutarnje mogućnosti važne su jednako kao i podatkovna tablica. MemsTech interno obavlja pakiranje, spajanje žice, zavarivanje, temperaturnu kompenzaciju, kalibraciju i testiranje pomicanja u standardiziranom objektu od 2000 četvornih metara. To znači da dosljednost od serije do serije ne ovisi o vanjskom podizvođaču.

Praktična implikacija je jednostavna: dobavljač fokusiran na proizvodnju proizvodi dosljednije UAV senzore od trgovačke tvrtke koja nabavlja iz više ljevaonica. Za detaljan tehnički pregled pogledajte ovo sveobuhvatan vodič za tehnologiju senzora tlaka MEMS .

MCP5700DP Senzor tlaka za industriju Serija MCP5XXXDP ima integriran silikonski senzor tlaka. Kondicioniranje signala, temperaturna kompenzacija i kalibracija Pogledajte proizvod →