Capteur inertiel MEMS haute performance – Accéléromètre et gyroscope mono-axe : gamme AXO® et GYPRO® | TDK - EPCOS

La gamme de capteurs inertiels MEMS haute performance Tronics Microsystems associe des accéléromètres mono-axe AXO® et un gyroscope mono-axe GYPRO® destinés à la conception de systèmes de mesure, de navigation, de positionnement et de contrôle de mouvement.

Ces composants sont conçus pour répondre aux besoins d'applications exigeantes dans les domaines ferroviaire, aéronautique, maritime et industriel. Ils permettent de mesurer avec précision une accélération, une inclinaison ou une vitesse angulaire, tout en conservant une grande stabilité dans des environnements soumis aux chocs, aux vibrations et aux variations de température.

Les capteurs Tronics Microsystems reposent sur une architecture MEMS en boucle fermée. Cette conception contribue à leur stabilité de biais, à leur répétabilité et à leur résistance aux perturbations mécaniques. Elle permet également de proposer une solution numérique compacte pour la réalisation d'unités de mesure inertielle, de systèmes de navigation inertielle, de systèmes de référence d'attitude et de cap ou d'unités de référence de mouvement.

La gamme constitue une alternative numérique aux accéléromètres à quartz et aux gyroscopes à fibre optique pour les architectures recherchant un compromis entre précision, compacité, masse et consommation électrique.

Le bundle comprend plusieurs accéléromètres adaptés à des plages de mesure et à des environnements différents :

• AXO®301, avec une plage de mesure de ±1 g, destiné notamment aux applications industrielles de précision ;
• AXO®305, avec une plage de mesure de ±5 g, présenté pour les applications maritimes et sous-marines ;
• AXO®314, avec une plage de mesure de ±14 g, présenté pour les applications ferroviaires ;
• AXO®315, avec une plage de mesure de ±14 g et une plage de température étendue, présenté pour les applications aéronautiques ;
• GYPRO®4300, gyroscope mono-axe offrant une plage de mesure de ±300 °/s et pouvant être associé aux différents accéléromètres de la gamme.

Avantages

• Architecture MEMS en boucle fermée adaptée aux applications nécessitant une mesure inertielle stable et répétable.
• Faible instabilité de biais, jusqu'à 3 µg pour les accéléromètres AXO®301 et AXO®305, 4 µg pour les AXO®314 et AXO®315, et 0,4 °/h pour le gyroscope GYPRO®4300.
• Faible densité de bruit, comprise entre 9 et 15 µg/√Hz selon le modèle d'accéléromètre.
• Faible marche aléatoire angulaire de 0,07 °/√h pour le gyroscope GYPRO®4300.
• Bonne résistance aux vibrations grâce à une erreur de rectification de vibration annoncée à 20 µg/g² pour les accéléromètres et à 0,5 °/h/g² pour le gyroscope.
• Plages de mesure complémentaires permettant de sélectionner l'accéléromètre en fonction de la dynamique de l'application : ±1 g, ±5 g ou ±14 g.
• Plage de température étendue jusqu'à -55 à +105 °C pour l'accéléromètre AXO®315.
• Format compact avec un boîtier céramique de 12 × 12 × 5 mm pour les accéléromètres présentés.
• Sortie numérique SPI sur 24 bits indiquée pour les accéléromètres de la gamme.
• Intégration multiaxe possible par combinaison et synchronisation de plusieurs capteurs mono-axe.
• Réduction de l'encombrement, de la masse et de la consommation par rapport à certaines technologies inertielles traditionnelles.
• Accompagnement à l'intégration comprenant la conception de la carte électronique, le placement des capteurs, le routage, l'assemblage et le brasage.
• Assistance à la calibration du système avec des recommandations relatives à la procédure, au profil de température et à la programmation des coefficients.

Caractéristiques principales

Les accéléromètres AXO® et le gyroscope GYPRO®4300 sont des capteurs inertiels MEMS mono-axe. Leur association permet de concevoir des ensembles multiaxes adaptés aux besoins de mesure d'accélération, d'inclinaison, de rotation, d'attitude ou de mouvement.

• Technologie : capteurs inertiels MEMS en boucle fermée.
• Architecture : mesure mono-axe.
• Accéléromètres disponibles : AXO®301, AXO®305, AXO®314 et AXO®315.
• Gyroscope disponible : GYPRO®4300.
• Plages de mesure des accéléromètres : ±1 g, ±5 g ou ±14 g selon le modèle.
• Plage de mesure du gyroscope : ±300 °/s.
• Instabilité de biais des accéléromètres : de 3 à 4 µg selon le modèle.
• Instabilité de biais du gyroscope : 0,4 °/h.
• Densité de bruit des accéléromètres : de 9 à 15 µg/√Hz selon le modèle.
• Marche aléatoire angulaire du gyroscope : 0,07 °/√h.
• Erreur de rectification de vibration des accéléromètres : 20 µg/g².
• Erreur de rectification de vibration du gyroscope : 0,5 °/h/g².
• Température de fonctionnement : -40 à +85 °C pour les AXO®301, AXO®305 et AXO®314.
• Température de fonctionnement étendue : -55 à +105 °C pour l'AXO®315.
• Température de fonctionnement du GYPRO®4300 : -40 à +85 °C.
• Boîtier des accéléromètres : boîtier céramique 28 broches de 12 × 12 × 5 mm.
• Interface des accéléromètres : sortie numérique SPI sur 24 bits.

Applications typiques

La gamme AXO® et GYPRO® peut être utilisée dans des systèmes nécessitant une mesure précise de l'accélération, de l'inclinaison, de la rotation ou du mouvement. Les applications mentionnées dans le document sont réparties entre quatre grands secteurs.

Applications ferroviaires

• Contrôle automatique des trains.
• Odométrie par fusion de données.
• Localisation des trains assistée par GNSS.
• Mesure de l'accélération et de l'inclinaison des trains.
• Systèmes de mesure de la géométrie des voies.
• Systèmes inertiels destinés au positionnement et à la navigation ferroviaire.

Dans les applications ferroviaires, les capteurs inertiels peuvent contribuer à la détermination du mouvement, de la position et de l'inclinaison du train. L'association d'un accéléromètre AXO®314 et d'un gyroscope GYPRO®4300 permet d'obtenir des mesures d'accélération et de vitesse angulaire pour la conception d'un système inertiel multiaxe.

Applications aéronautiques

• Systèmes de contrôle de vol.
• Systèmes de référence d'attitude et de cap.
• Positionnement d'aéronefs assisté par GNSS.
• Instruments de secours.
• Stabilisation de nacelles.
• Stabilisation de capteurs optroniques embarqués.
• Topographie et cartographie aérienne.
• Aéronefs électriques à décollage et atterrissage vertical.
• Aéronefs sans pilote.

L'accéléromètre AXO®315 est présenté pour les applications aéronautiques nécessitant une plage de température de -55 à +105 °C. Il peut être associé au GYPRO®4300 dans des systèmes de mesure inertielle, de contrôle d'attitude ou de stabilisation.

Applications maritimes et sous-marines

• Positionnement et navigation des navires assistés par GNSS.
• Positionnement et navigation des robots sous-marins.
• Navigation des systèmes sous-marins autonomes.
• Unités de référence de mouvement.
• Stabilisation de plateformes.
• Stabilisation et contrôle des grues.
• Topographie maritime et sous-marine.
• Cartographie hydrographique et bathymétrique.

Pour ces applications, l'accéléromètre AXO®305 offre une plage de mesure de ±5 g et une instabilité de biais de 3 µg. Associé au gyroscope GYPRO®4300, il peut participer à la mesure du mouvement, de l'inclinaison et de la rotation d'une plateforme maritime ou sous-marine.

Applications industrielles

• Contrôle de l'intégrité des structures.
• Inclinomètres statiques.
• Inclinomètres dynamiques.
• Contrôle du mouvement des machines.
• Contrôle du mouvement des engins de construction.
• Stabilisation d'équipements.
• Nivellement de plateformes et de machines.
• Surveillance de systèmes soumis aux chocs et aux vibrations.

Avec sa plage de mesure de ±1 g et sa densité de bruit de 9 µg/√Hz, l'accéléromètre AXO®301 est présenté pour les applications industrielles nécessitant une mesure fine de l'accélération ou de l'inclinaison.

Accompagnement à l'intégration

Au-delà des capteurs, Tronics Microsystems propose une documentation et un accompagnement destinés à faciliter leur intégration dans les systèmes inertiels.

Intégration électrique et mécanique

• Recommandations pour la conception de la carte électronique.
• Aide à la sélection des matériaux.
• Recommandations relatives au placement des capteurs.
• Consignes pour l'assemblage des composants.
• Recommandations de routage.
• Recommandations relatives au brasage.

Calibration du système

• Définition d'une procédure de calibration.
• Établissement du profil de température.
• Programmation des coefficients de calibration.

Conception de systèmes multiaxes

• Synchronisation de plusieurs capteurs.
• Association de capteurs mono-axe pour réaliser une architecture multiaxe.
• Accompagnement dans l'exploitation conjointe des mesures d'accélération et de vitesse angulaire.

Assistance technique et applicative

• Recueil et analyse des besoins applicatifs.
• Revue de la conception électrique.
• Revue de la conception mécanique.
• Analyse des résultats d'essais.
• Réalisation, si nécessaire, de mesures spécifiques sur les équipements Tronics Microsystems.

Choisir le capteur adapté à l'application

Le choix du capteur dépend principalement de la grandeur à mesurer, de la plage d'accélération, de la température de fonctionnement et du niveau de bruit attendu.

• AXO®301 : adapté aux mesures d'accélération ou d'inclinaison de faible amplitude dans les systèmes industriels.
• AXO®305 : adapté aux applications maritimes et sous-marines nécessitant une plage de mesure intermédiaire de ±5 g.
• AXO®314 : adapté aux systèmes ferroviaires nécessitant une plage de mesure de ±14 g, une bande passante de 300 Hz et une faible latence.
• AXO®315 : adapté aux applications aéronautiques nécessitant une plage de mesure de ±14 g et une température de fonctionnement étendue jusqu'à +105 °C.
• GYPRO®4300 : destiné à la mesure d'une vitesse angulaire jusqu'à ±300 °/s et à la réalisation de systèmes associant mesures gyroscopiques et accélérométriques.

Pourquoi choisir les capteurs inertiels MEMS haute performance AXO® et GYPRO®

La gamme AXO® et GYPRO® permet de construire une architecture inertielle à partir de capteurs numériques mono-axe complémentaires. Les différentes plages de mesure proposées facilitent l'adaptation du composant à la dynamique et aux contraintes de chaque secteur.

Les accéléromètres se distinguent par une instabilité de biais comprise entre 3 et 4 µg, une densité de bruit comprise entre 9 et 15 µg/√Hz et une erreur de rectification de vibration de 20 µg/g². Le gyroscope GYPRO®4300 complète la gamme avec une plage de ±300 °/s, une instabilité de biais de 0,4 °/h et une marche aléatoire angulaire de 0,07 °/√h.

Leur architecture en boucle fermée, leur format compact et leur capacité d'intégration dans des ensembles multiaxes en font des solutions adaptées aux systèmes de navigation, de positionnement, de stabilisation, d'inclinaison et de contrôle de mouvement.

ES France accompagne les bureaux d'études et les intégrateurs dans la sélection des capteurs, la comparaison des plages de mesure, l'analyse des contraintes environnementales et la définition de l'architecture inertielle adaptée au projet. Cet accompagnement permet de choisir les composants en fonction des performances réellement requises et de préparer leur intégration dans le système final.

Comparatif des modèles