Сравнение инерционных датчиков разных классов
2025-12-29
На протяжении более века инерционные датчики используются для измерения движения объектов относительно инерционной системы отсчета. Изначально эти датчики представляли собой большие механические гироскопы и акселерометры. Однако с начала 1930-х годов многочисленные ученые, инженеры и учреждения усовершенствовали эту технологию, создав широкий спектр инерционных датчиков с различными характеристиками. Это позволило применять их в более разнообразных сценариях, чем когда-либо прежде.
Классификация инерционных датчиков
Рынок инерционных датчиков охватывает широкий диапазон от самых высококачественных до самых низкокачественных инерционных систем как с точки зрения цены, так и с точки зрения характеристик. Такое большое разнообразие может вызвать путаницу у многих клиентов при определении выбора компонентов и цены. Кроме того, не существует единого определения или стандарта для высоких, средних и низких характеристик инерционных датчиков; таким образом, то, что один эксперт считает высококачественным, другой может считать низкокачественным. Тем не менее, в целом инерционные датчики можно разделить на четыре уровня по характеристикам:
• Навигационный класс
• Тактический класс
• Промышленный класс
• Автомобильный/потребительский класс
Эти категории обычно определяются на основе стабильности смещения датчика в движении, поскольку эта характеристика играет решающую роль в определении производительности инерциальной навигации.
Рис. 1. Классификация акселерометра по характеристикам
Как показано на рисунке 1. акселерометры в основном делятся на два типа: механические акселерометры и кварцевые/MEMS-акселерометры, каждая из которых представляет собой категорию по характеристикам. Стабильность смещения в движении кварцевых и MEMS-акселерометров обычно колеблется от 1000 мкг до 1 мкг, охватывая все четыре категории по характеристикам. Механические акселерометры могут достигать стабильности смещения в движении ниже 1 мкг, но, как правило, они используются только в навигационных приложениях из-за их больших размеров и более высокой стоимости.
Рис. 2. Классификация гироскопа по характеристикам
На рынке существует множество вариантов гироскопов с различными характеристиками, включая механические гироскопы, волоконно-оптические гироскопы (FOG), кольцевые лазерные гироскопы (RLG) и кварцевые/MEMS-гироскопы, как показано на рисунке 2. Кварцевые и MEMS-гироскопы обычно используются в потребительском (автомобильном), промышленном и тактическом сегментах рынка, в то время как волоконно-оптические гироскопы охватывают все четыре категории по характеристикам. Кольцевые лазерные гироскопы обычно демонстрируют стабильность смещения в движении от 1°/час до менее 0,001°/час, что соответствует тактическому и навигационному классам. Механические гироскопы представляют собой гироскопы с самыми высокими характеристиками на рынке, достигая стабильности смещения в движении ниже 0,0001°/час.
Акселерометры и гироскопы могут функционировать как автономные инерционные датчики, хотя в большинстве приложений эти датчики интегрируются в инерционные системы. Когда гироскопы сочетаются с акселерометрами, характеристики гироскопа обычно оказывают большее влияние на возможности инерционной навигации. Следовательно, стабильность смещения гироскопа в движении часто используется в качестве идентификатора качества инерционной системы. В таблице 1 приведены типичные значения стабильности смещения в движении гироскопа, принадлежащие каждому отдельному классу по характеристикам инерционного датчика.
Таб. 1. Категории по характеристикам инерционных датчиков
| Классификация | Стоимость | Стабильность смещения в движении гироскопа | Время отказа от навигации GNSS | Области применения |
| Автомобильный класс | < 10 USD | - | - | Смартфон |
| Промышленный класс | 100 USD - 1000 USD | <10°/ч | <1мин | БПЛА |
| Тактический класс | 5,000 USD - 50,000 USD | <1°/ч | <10мин | Умный патрон |
| Навигационный | > 100,000 USD | <0.1°/ч | Несколько часов | Армия |
При определении, инерционный датчик какого класса лучше всего подходит для конкретного применения, важно понимать требуемый тип точности и бюджетные ограничения проекта. По мере повышения класса характеристик инерционных датчиков растет и их стоимость, как показано в таблице 1. Низкая стоимость инерционных датчиков потребительского класса делает их идеальными для смартфонов и планшетов. Напротив, инерционные датчики навигационного класса обеспечивают более высокую точность, но стоят значительно дороже, что делает их пригодными только для наиболее важных применений.
