Ghid de selectare a senzorului de presiune UAV pentru altitudinea, viteza aerului și controlul zborului dronei

La 5.000 de picioare, o eroare barometrică de 10 hPa se traduce printr-o eroare de altitudine de aproximativ 84 de metri. Pentru misiunile de urmărire a terenului unui UAV cu aripă fixă, acea marjă este diferența dintre o trecere curată și o prăbușire controlată. Senzorii de presiune UAV sunt instrumentele care indică controlorului de zbor unde se află aeronava în atmosferă, iar selectarea celui potrivit ar trebui să se bazeze pe specificații măsurabile, nu pe data de marketing.

Ce măsoară de fapt senzorii de presiune UAV

Senzorii de presiune UAV furnizează trei măsurători de bază: altitudinea barometrică, viteza aerului și viteza verticală. Fiecare măsurătoare necesită o configurație diferită a senzorului, iar separarea acestor funcții la începutul procesului de proiectare economisește luni de muncă de integrare.

Altitudinea barometrică provine de la un senzor de presiune absolută. Controlerul de zbor convertește presiunea statică în port în altitudine folosind un model de atmosferă standard. Un senzor absolut cu o gamă completă de 110 kPa acoperă nivelul mării până la aproximativ 10.000 de metri, ceea ce este suficient pentru majoritatea operațiunilor comerciale cu UAV.

Viteza aerului folosește un senzor de presiune diferențială. Un tub Pitot generează presiune scăzută din mișcarea înainte, iar senzorul citește decalajul de presiune dintre portul static și tubul Pitot. Delta-presiunea rezultată este proporțională cu pătratul vitezei aerului. Pentru dronele cu viteze de croazieră sub 10 m/s, este esențial un senzor de micropresiune cu o gamă de scară completă sub 1 kPa, deoarece presiunea delta la acele viteze este de doar câteva sute de pascali.

Viteza verticală este de obicei determinată prin diferențierea semnalului de altitudine. Unele controlere de zbor combină senzorul de presiune cu o unitate de măsurare inerțială pentru a suprima zgomotul, dar senzorul de presiune rămâne sursa principală de date.

Detectarea efectului de sol este un alt caz de utilizare. Pe măsură ce UAV se apropie de suprafața de aterizare, profilul de presiune de sub spălarea rotorului se modifică. Un senzor diferențial cu o gamă de la 0 la 0,5 kPa și un timp de răspuns rapid oferă datele necesare pentru un algoritm de atingere lină.

MCP-H21 Senzor de presiune pentru drone Descrieri Seria MCP-H21 este un pachet de dimensiuni mici (SOP) cu porturi duale, care integrează amplificarea semnalului, neliniaritatea și compensarea temperaturii pentru... Vizualizare produs →

Cinci specificații ale senzorului de presiune micro care contează pentru proiectarea dronei

Cinci specificații determină dacă un senzor de presiune funcționează cu adevărat pentru o dronă: domeniul de măsurare, precizia, formatul de ieșire, pachetul și stabilitatea termică. Blocați aceste cinci valori înainte de a începe configurația PCB.

1. Domeniul de măsurare - Pentru altitudine, intervalul absolut ar trebui să acopere 30 până la 110 kPa. Pentru viteza aerului, intervalul diferențial ar trebui să fie dimensionat astfel încât ansamblul de zbor așteptat să utilizeze 50 până la 70 la sută din scara completă.
2. Precizie - O specificație de ieșire la scară completă de 0,2% este suficientă pentru menținerea altitudinii, dar eroarea de compensare contează mai mult decât liniaritatea. Un offset FSS de 0,1 procente la referința de bază produce mai mulți metri de eroare aparentă de altitudine.
3. Format de ieșire - I2C digital simplifică cablarea și elimină algoritmul de compensare de la controlerul de zbor. Ieșirea analogică rămâne utilă pentru plăcile de pilot automat personalizate cu un ADC de înaltă rezoluție și un front-end analog curat.
4. Pachet - Ambalajul montat la suprafață (SOP) este obligatoriu pentru controlorii de zbor de producție. Pachetele DIP sau SIP funcționează pentru testarea pe bancă, dar sunt rareori utilizate în asamblarea de drone de volum.
5. Stabilitate termică - Compensarea termică din fabrică la mai multe puncte de temperatură este ceea ce menține acuratețea stabilă pe întregul ansamblu de operare.

The Precizia senzorului de presiune diferențială oferit de familia MemsTech MCPh20 și MCPh21 este o potrivire directă pentru măsurarea vitezei aeriene și a efectului solului în platforme multirotoare și cu aripi fixe.

DPT-R8 Micro senzor de presiune Introducere Subiectul acestui document îl reprezintă caracteristicile de funcționare ale transmițătorului de presiune diferențială bazat pe senzorii de presiune din seria Honeywell ABP... Vizualizare produs →

Ieșire digitală vs analogică: alegerea interfeței pentru controlerul dvs. de zbor

Ieșirea digitală I2C este acum implicită pentru senzorii de presiune UAV, deoarece mută sarcina de lucru de calibrare de la controlerul de zbor. Ieșirea analogică încă contează pentru modelele de pilot automat personalizate care necesită date brute ale senzorului.

Senzorii digitali I2C furnizează direct date calibrate de presiune și temperatură, ceea ce reduce sarcina procesorului și elimină necesitatea unui front-end analogic de precizie. Controlerul de zbor citește valorile compensate fără a efectua calcule de calibrare. Aceasta este cea mai simplă cale către date fiabile de altitudine și viteză într-o stivă compactă de zbor UAV.

Senzorii analogici scot o tensiune liniar proporțională cu presiunea. Dacă pilotul automat are deja un ADC de 16 biți cu o tensiune de referință stabilă, un senzor analog poate oferi o latență mai mică. Cu toate acestea, zgomotul de comutare ESC de la unitățile de motor cu curent ridicat poate deteriora citirile analogice de presiune, în special în configurațiile multirotor cu patru sau mai multe ESC. Latența este un alt factor de diferențiere. Senzorii digitali I2C raportează de obicei la 1 kHz, ceea ce este suficient de rapid pentru majoritatea controlorilor de zbor. Senzorii analogici au o latență de protocol zero, deoarece valoarea apare imediat pe pinul de ieșire.

• Digital I2C - Bus cu două fire, compensare de temperatură încorporată, sensibilitate EMI mai mică, cablare mai simplă în stive compacte.
• Tensiune analogică - Pin de ieșire unic, necesită ADC extern, control deplin asupra curbei de calibrare, cost mai mic al componentelor pentru modele simple.

Deviația de temperatură: cauza ascunsă a erorii de altitudine

Deviația de temperatură, nu morțile senzorului în sine, este cauza principală a erorii de altitudine barometrică în sistemele UAV. Temperatura aerului scade cu aproximativ 6,5 grade Celsius la 1.000 de metri de urcare, iar decalajul punctului zero al senzorului se schimbă pe măsură ce temperatura pachetului se modifică.

Fără compensare, o balansare de 10 grade Celsius poate schimba decalajul suficient pentru a produce zeci de metri de eroare aparentă de altitudine. Calibrarea din fabrică rezolvă acest lucru prin efectuarea compensării la punctul zero și la scară maximă la punctele de temperatură rece și fierbinte, apoi verificând stabilitatea pe o perioadă lungă de înmuiere.

MemsTech aplică acest proces fiecărui produs înainte de expediere, motiv pentru care specificația de 0,2% FSS este valabilă în condiții reale de zbor, mai degrabă decât doar pe hârtie.

Factori de ambalare, integrare și lanț de aprovizionare pentru UAV-uri de producție

Ambalajul montat la suprafață este factorul decisiv pentru producția de drone de volum. Pachetul SOP acceptă preluarea și plasarea automată, reduce suprafața plăcii și elimină etapa de lipire a plăcii prin orificiu care încetinește asamblarea DIP.

Pentru volume de producție de peste 10.000 de unități, alegerea ambalajului afectează direct randamentul și costul asamblarii. Pachetele DIP și SIP rămân utile pentru prototiparea pe bancă, dar adaugă timp de ciclu și muncă manuală liniei de producție. Un senzor proiectat pentru montare la suprafață, precum seria MCPV5xxx, se integrează perfect cu profilele moderne de lipit prin reflow.

La aprovizionarea cu senzori pentru producție, capacitățile interne ale furnizorului contează la fel de mult ca fișa de date. MemsTech efectuează ambalarea, lipirea sârmei, sudarea, compensarea temperaturii, calibrarea și testarea derivei intern într-o unitate standardizată de 2.000 de metri pătrați. Aceasta înseamnă că consistența de la lot la lot nu depinde de un subcontractant extern.

Implicația practică este simplă: un furnizor axat pe producție produce senzori UAV mai consistenti decât o companie comercială care se aprovizionează din mai multe turnătorii. Pentru o defalcare tehnică detaliată, consultați aceasta ghid cuprinzător pentru tehnologia senzorilor de presiune MEMS .

MCP5700DP Senzor de presiune pentru industrie Seria MCP5XXXDP are un senzor de presiune din siliciu integrat. Condiționarea semnalului, compensarea temperaturii și calibrarea Vizualizare produs →