无人机传感器与检测技术 课件 2任务一 加速度传感器认知与校准.pptxVIP

国家职业教育无人机应用技术;项目二 无人机飞行控制传感器认知与功能测试;项目描述 无人机飞行控制系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统，它能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行，是无人机的大脑。 无人机飞控系统的传感器将无人机的飞行姿态等动态信息采集并输出给计算机，经计算机处理 后输出给执行机构，从而控制无人机的飞行姿态，并保持无人机的稳定。;;任务一 加速度传感器校准与认知;MEMS是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。 民用无人机加速度传感器一般都采用微机械加速度传感器，这种加速度传感器是集成在无人机飞控中的，无法用肉眼直接观察到加速度传感器的结构，也无法购买到单一的微机械加速度传感器。 本任务拟通过对一般工业用加速度传感器特性调研来了解加速度传感器的种类、工作原理和特性；通过 PixHawk飞控中的加速度传感器的校准和功能测试来了解加速度传感器在无人机飞行过程中所起的作用。;;;3)机架布局选择。;国家职业教育无人机应用技术专业教学资源库;5)加速度传感器功能测试。;知识链接; 电位器式角度传感器;（2）非线性电位器;为保证强度，骨架的最小高度hmin3~4mm； 为了防止绕制时产生倾斜和打滑，也为了减小测量误差，骨架侧面坡度角应小于30°。为减小坡度，可采用对称骨架。;（3）电位器式加速度传感器的工程应用;二、电阻应变式加速度传感器;（1）丝式应变片;（2）箔式应变片;（3）薄膜应变片;2.电阻的应变效应;一根金属电阻丝，在其未受力时，原始电阻值为：;如图所示，当金属丝受到拉力F 作用时，将伸长ΔL，横截面积相应减小ΔS，电阻率将因晶格发生变形等因素而改变Δρ，故引起电阻值相对变化量为：;径向应变 由材料力学可知，在弹性范围内，金属丝受拉力时，沿轴向伸长，沿径向缩短，那么轴向应变和径向应变的关系可表示为： (2) 式中：μ—金属丝材料的泊松比，负号表示与轴向应变方向相反。;将式（2）代入式（1）可得：;由上式可??，因应变导致金属丝电阻值的变化，由两项组成：第一项;（a）应变片及轴向受力图;4.应变片测量原理;用仪器测出应变片的电阻值变化△R，根据式;5.测量电路;2）电阻应变片测量电桥;③应变片直流全桥电路;6.电阻应变片的温度误差极其补偿;①单丝自补偿应变片;②双丝组合式自偿应变片;③桥式电路补偿法;④热敏电阻补偿;三、压阻式加速度传感器;当硅膜片承受外应力时，同时产生纵向（扩散电阻长 度方向）压阻效应和横向（扩散电阻宽度方向）压阻效应，;2.测量原理;3.温度补偿;4.压阻式加速度传感器的结构与工作原理;（a）结构示意图 （b）原理图 1-硅梁组件；2-力矩器线圈；3-壳体；4-下磁路组建； 5-插头座；6-压阻电桥；7-力矩器磁钢 闭环压阻式加速度传感器结构图;国家职业教育无人机应用技术专业教学资源库;四、电容式加速度传感器;电容器的结构形式;2 .变极距型电容式传感器的原理;变极距型电容式传感器;放置云母片的电容器;（1）差动式电容加速度传感器;差动式电容传感器优点： 1、差动电传感器采用差动连接，能够在机械位移很小时，输出电变化内量与机械线位移容有很好的线性关系，精度很高。 2、由于电容极板间一般都是无机物，如空气、石英等材料，不易受到强磁场干扰，稳定性好。 3、对于环境干扰，电磁吸引力、静电引力有一定的补偿作用，还能改善特性曲线的线性度。 4、差动式电容传感器的灵敏度比单极式提高一倍，而且非线性也大为减小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。;（2）三明治式电容式MEMS加速度计;目前，电容式MEMS加速度计产品较多，无人机上选用 的电容式MEMS加速度计主要有飞思卡尔（Freescale）公司生产的MMA7260电容式加速度计，美国模拟器件公司 （ADI）生产的加速度计ADXL系列等。 在实际应用中电容式加速度计较多地用于低频测量，其通用性不如压电式加速度计，且成本也比压电式加速度计高得多。;1. 压电效应及压电材料;压电材料的主要特性参数有： ①压电常数：是衡量材料压电效应强弱的参数，直接关系到压电输出灵敏度。 ②弹性常数（刚度）：决定着压电器件的固有频率和动态特性。 ③介电常数：压电元件的固有电容与之有关，而固有电容又影响着传感器的频率下限。 ④机电耦合系数：衡量压电材料机电能量的转换效率，定义为输出与输入能量比值的平方根。 ⑤电阻：压电材料的绝缘电阻将减小电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。 ⑥居???点温度：它是指压电材料开始丧失压电温度特性的温度。;表2-2 常用压电材料的性能参数;（1）石英晶体;（a）晶体外形;（a）不