Проекты

Исследование предельных характеристик MEMS-гироскопа в реальных условиях для осуществления задач навигации и стабилизации объектов в пространстве

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Наноэлектроника
Авторы работы: Университетский лицей №1511 предуниверситария НИЯУ МИФИ
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность темы

Системы навигации и стабилизации объектов в пространстве используются повсеместно в различных областях науки и техники.

На данный момент не существует общедоступных автономных систем, имеющих малый вес и небольшие габариты. Именно этими качествами и обладает инерциальная система на основе MEMS-технологии.

Цель

Разработать и опробовать универсальную (с возможностью модификаций) инерциально-оптическую систему навигации и стабилизации объектов в пространстве, исследовать ошибки и улучшить точность ИНС.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Установка для термоциклирования
  • Полетный микроконтроллер
  • MEMS-гироскоп ICM-20602
  • 3D-принтер

Описание

Спроектирована и собрана установка по термоциклированию, с помощью которой проведён ряд экспериментов.

Эксперимент № 1. Получение шумовых характеристик MEMS-гироскопа при постоянной температуре.

Эксперименты № 2 и 3. Получение зависимости нулевой линии гироскопа от температуры в реальных/лабораторных условиях.

На основе результатов спроектирована печатная плата в программе DipTrace. Исследованы возможности дополнения ИНС другими системами ориентации объектов в пространстве. Создана оптическо-инерциальная система навигации и стабилизации, опробована на квадракоптере.

Результаты работы / выводы

α_(α) - функция, зависящая от температуры, вибраций и механического воздействия.

Результаты:

  • α_(α), полученный в эксперименте № 1, совпадает с данными производителя, за исключением фликкер-шума;
  • α_(α), полученный в экспериментах № 2 и 3, от 5 до 30 раз превышает данные производителя.

В результате семи серий экспериментов плата расслоилась и стала неработоспособной.

Вывод: значительный вклад в смещение нулевой линии MEMS-гироскопа вносит деформация печатной платы.

Перспективы использования результатов работы

Используя фильтрацию тепловых и фликкер-шумов гироскопа/акселерометра, возможно программное устранение данных воздействий. Тогда ИНС можно будет использовать в более широком спектре задач.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИЯУ МИФИ ИНТЕЛ кафедра 81