Sprievodca výberom tlakového senzora UAV pre nadmorskú výšku, rýchlosť a letovú kontrolu dronu

Vo výške 5 000 stôp sa barometrická chyba 10 hPa premieta do približne 84 metrov výškovej chyby. Pre UAV s pevným krídlom lietajúci terén sledujúci misie je táto hranica rozdielom medzi čistým preletom a kontrolovaným pádom. Senzory tlaku UAV sú nástroje, ktoré riadiacemu letu oznámia, kde sa lietadlo nachádza v atmosfére, a výber toho správneho by mal byť založený na merateľných špecifikáciách, nie na marketingu datasheetu.

Čo tlakové senzory UAV skutočne merajú

Senzory tlaku UAV poskytujú tri základné merania: barometrickú nadmorskú výšku, rýchlosť vzduchu a vertikálnu rýchlosť. Každé meranie vyžaduje inú konfiguráciu snímača a oddelenie týchto funkcií na začiatku procesu návrhu ušetrí mesiace integračnej práce.

Barometrická nadmorská výška pochádza zo snímača absolútneho tlaku. Riadiaca jednotka letu prevádza statický tlak v porte na výšku pomocou modelu so štandardnou atmosférou. Absolútny senzor s plným rozsahom 110 kPa pokrýva hladinu mora do približne 10 000 metrov, čo je dostatočné pre väčšinu komerčných UAV operácií.

Rýchlosť vzduchu využíva snímač diferenčného tlaku. Pitotova trubica vytvára nízky tlak z pohybu dopredu a snímač sníma tlakovú medzeru medzi statickým portom a Pitotovou trubicou. Výsledný delta tlak je úmerný druhej mocnine rýchlosti vzduchu. Pre drony s rýchlosťou pod 10 m/s je nevyhnutný mikrotlakový senzor s rozsahom pod 1 kPa, pretože delta tlak pri týchto rýchlostiach je len niekoľko stoviek pascalov.

Vertikálna rýchlosť je zvyčajne odvodená diferenciáciou signálu nadmorskej výšky. Niektoré letové riadiace jednotky kombinujú tlakový senzor s inerciálnou meracou jednotkou na potlačenie hluku, ale tlakový senzor zostáva primárnym zdrojom údajov.

Detekcia pozemného efektu je ďalším prípadom použitia. Keď sa UAV blíži k pristávacej ploche, tlakový profil pod umývaním rotora sa mení. Diferenciálny snímač s rozsahom 0 až 0,5 kPa a rýchlou dobou odozvy poskytuje údaje potrebné pre plynulý algoritmus dotyku.

MCP-H21 Tlakový senzor pre drony Popis Séria MCP-H21 je malý balík (SOP) s duálnymi portami, ktorý integruje zosilnenie signálu, nelinearitu a teplotnú kompenzáciu pre... Zobraziť produkt →

Päť špecifikácií mikro tlakových senzorov, ktoré sú dôležité pre dizajn dronu

Päť špecifikácií určuje, či tlakový senzor skutočne funguje pre dron: rozsah merania, presnosť, výstupný formát, balenie a tepelná stabilita. Pred spustením rozloženia PCB uzamknite týchto päť hodnôt.

1. Rozsah merania - Pre nadmorskú výšku by mal absolútny rozsah pokrývať 30 až 110 kPa. Pre vzdušnú rýchlosť by mal byť diferenčný rozsah dimenzovaný tak, aby očakávaná letová obálka využívala 50 až 70 percent plného rozsahu.
2. Presnosť - Špecifikácia výstupu 0,2 percenta v plnom rozsahu je dostatočná na udržanie nadmorskej výšky, ale na chybe posunu záleží viac ako na linearite. Posun 0,1 percenta FSS na základnej referencii vytvára niekoľko metrov zdanlivej výškovej chyby.
3. Výstupný formát - Digitálny I2C zjednodušuje zapojenie a odstraňuje kompenzačný algoritmus z letového ovládača. Analógový výstup zostáva užitočný pre vlastné dosky autopilota s ADC s vysokým rozlíšením a čistým analógovým front-endom.
4. Balíček - Balenie na povrchovú montáž (SOP) je povinné pre výrobné riadiace jednotky. Balíky DIP alebo SIP fungujú na stolové testovanie, ale zriedka sa používajú pri montáži objemových dronov.
5. Tepelná stabilita - Tepelná kompenzácia z výroby vo viacerých teplotných bodoch je to, čo udržuje presnosť stabilnú v rámci prevádzkovej obálky.

The presnosť snímača diferenčného tlaku ponúkaný radom MemsTech MCPh20 a MCPh21 je priamo vhodný na meranie rýchlosti vzduchu a pozemného účinku na platformách s viacerými rotormi a pevnými krídlami.

DPT-R8 Mikro snímač tlaku Úvod Predmetom tohto dokumentu sú funkčné charakteristiky snímača diferenčného tlaku založeného na snímači tlaku Honeywell série ABP... Zobraziť produkt →

Digitálny vs analógový výstup: Výber rozhrania pre váš letový ovládač

Digitálny výstup I2C je teraz predvolený pre snímače tlaku UAV, pretože presúva kalibračné pracovné zaťaženie z letového ovládača. Analógový výstup je stále dôležitý pre vlastné návrhy autopilota, ktoré vyžadujú nespracované údaje snímača.

Digitálne snímače I2C dodávajú kalibrované údaje o tlaku a teplote priamo, čo znižuje zaťaženie procesora a eliminuje potrebu presného analógového front-endu. Letový ovládač číta kompenzované hodnoty bez vykonania kalibračnej matematiky. Toto je najjednoduchšia cesta k spoľahlivým údajom o výške a rýchlosti letu v kompaktnom letovom zásobníku UAV.

Analógové snímače vydávajú napätie lineárne úmerné tlaku. Ak už má autopilot 16-bitový ADC so stabilným referenčným napätím, analógový snímač môže poskytnúť nižšiu latenciu. Hluk spínania ESC z vysokoprúdových motorových pohonov však môže poškodiť analógové hodnoty tlaku, najmä v konfiguráciách s viacerými rotormi so štyrmi alebo viacerými ESC. Latencia je ďalším rozlišovacím znakom. Digitálne snímače I2C zvyčajne hlásia frekvenciu 1 kHz, čo je dostatočne rýchle pre väčšinu letových ovládačov. Analógové snímače majú v podstate nulovú protokolovú latenciu, pretože hodnota sa okamžite objaví na výstupnom kolíku.

• Digitálne I2C - Dvojvodičová zbernica, vstavaná teplotná kompenzácia, nižšia citlivosť EMI, jednoduchšia kabeláž v kompaktných zostavách.
• Analógové napätie - Jediný výstupný kolík, vyžaduje externý ADC, plnú kontrolu nad kalibračnou krivkou, nižšie náklady na komponenty pre jednoduché návrhy.

Posun teploty: Skrytá príčina chyby nadmorskej výšky

Teplotný posun, nie samotná matrica snímača, je hlavnou príčinou chyby barometrickej nadmorskej výšky v systémoch UAV. Teplota vzduchu klesá približne o 6,5 stupňa Celzia na 1 000 metrov stúpania a posun nulového bodu snímača sa posúva pri zmene teploty obalu.

Bez kompenzácie môže výkyv o 10 stupňov Celzia posunúť posun natoľko, že vytvorí desiatky metrov zdanlivej výškovej chyby. Továrenská kalibrácia to rieši vykonaním kompenzácie nulového bodu a plnej stupnice v bodoch studenej a horúcej teploty a následným overením stability počas dlhého obdobia.

MemsTech aplikuje tento proces na každý produkt pred odoslaním, a preto špecifikácia 0,2 percenta FSS platí v skutočných letových podmienkach a nie len na papieri.

Faktory balenia, integrácie a dodávateľského reťazca pre výrobné UAV

Balenie na povrchovú montáž je rozhodujúcim faktorom pre hromadnú výrobu dronov. Balík SOP podporuje automatické vyberanie a umiestňovanie, zmenšuje plochu dosky a eliminuje krok spájkovania dosky cez otvor, ktorý spomaľuje montáž DIP.

Pri objemoch výroby nad 10 000 jednotiek výber balenia priamo ovplyvňuje výnos a náklady montáže. Balíky DIP a SIP zostávajú užitočné pre prototypovanie na stolici, ale pridávajú výrobnej linke čas cyklu a manuálnu prácu. Senzor určený na povrchovú montáž, ako napríklad séria MCPV5xxx, sa bezproblémovo integruje s modernými spájkovacími profilmi pretavenia.

Pri získavaní snímačov pre výrobu sú interné možnosti dodávateľa dôležité rovnako ako technický list. MemsTech vykonáva balenie, spájanie drôtov, zváranie, teplotnú kompenzáciu, kalibráciu a testovanie posunu interne v rámci štandardizovaného zariadenia s rozlohou 2 000 metrov štvorcových. To znamená, že súlad jednotlivých šarží nezávisí od externého subdodávateľa.

Praktický dôsledok je jednoduchý: dodávateľ zameraný na výrobu vyrába konzistentnejšie senzory UAV ako obchodná spoločnosť, ktorá získava zdroje z viacerých zlievarní. Podrobný technický rozpis nájdete tu komplexný sprievodca technológiou tlakových senzorov MEMS .

MCP5700DP Tlakový senzor pre priemysel Séria MCP5XXXDP má integrovaný kremíkový snímač tlaku Úprava signálu, teplotná kompenzácia a kalibrácia Zobraziť produkt →