MSU204A MEMS 관성 측정 장치

 

 

 

산업장비의 진동억제 및 자세제어

자동 제어 시스템

짐벌 안정화 및 제어

 

 

MSU204A MEMS는 캐리어의 고정밀 탐색, 제어 및 동적 측정을 위해 설계된 소형의 고정밀-9{3}축 관성 측정 장치(IMU)입니다.- MSU204A 시리즈 관성 측정 모듈은 MEMS 자이로스코프, MEMS 가속도계 및 MEMS 자력계를 단일 하우징에 통합합니다. 신뢰성이 높은 MEMS 센서를 채택하여 열악한 환경에서 움직이는 캐리어의 각속도, 가속도 및 자기장 정보를 정확하게 측정할 수 있어 산업용 애플리케이션을 위한 범용 장치입니다.

 

 

회사는 광섬유 권선부터 FOG, 광섬유/MEMS 관성 제품, IMU 회로, 소프트웨어 및 테스트 장비에 이르기까지 완전한 폐쇄형-루프 기능을 갖춘 첨단 기술 기업입니다. 엔드{3}}투-프로세스 제어로 품질이 향상되고 비용이 절감됩니다. ISO9001에 따라 작동하므로 신뢰성과 일관성이 보장됩니다. MSU204A 관성 측정 모듈은 알루미늄 합금 하우징을 채택합니다. 이 하우징은 가볍고 구조적 강도가 높으며 진동 방지 및 충격 방지 성능이 뛰어납니다.

 

 

제품소개

MSU204A MEMS는 캐리어의 고정밀 탐색, 제어 및 동적 측정을 위해 설계된 소형의 고정밀-9{3}축 관성 측정 장치(IMU)입니다.- MSU204A 시리즈 관성 측정 모듈은 MEMS 자이로스코프, MEMS 가속도계 및 MEMS 자력계를 단일 하우징에 통합합니다. 신뢰성이 높은 MEMS 센서를 채택하여 열악한 환경에서 움직이는 캐리어의 각속도, 가속도 및 자기장 정보를 정확하게 측정할 수 있어 산업용 애플리케이션을 위한 범용 장치입니다.

 

주요 특징

• 3축 디지털 자이로스코프, 측정 범위 ±500도/초
• 3축 디지털 가속도계, 측정 범위 ±16g
• 디지털 기압 센서, 범위 300mbar ~ 1100mbar
• -40도에서 +80도까지 전체-온도 교정 및 보상(자이로스코프 및 가속도계의 경우)
• SPI 직렬 통신 호환
• 내장-온도 센서
• 컴팩트한 사이즈와 가벼운 무게
• ADIS16488A와 호환되는 -핀-핀

 

응용분야

• 산업장비의 진동억제 및 자세제어
• 자동 제어 시스템
• 로봇 제어
• 짐벌 안정화 및 제어
• 기기 및 미터

 

 

표 1 MSU204A 관성 측정 모듈의 성능 매개변수

매개변수 그룹	매개변수	테스트 조건	최소	전형적인	최대.	단위
자이로스코프	측정 범위		-500		+500	학위/초
	전체-온도 바이어스			100	300	정도 /h
	바이어스 안정성	10초 스무딩		5		정도 /h
	바이어스 불안정성	앨런 분산		1		정도 /h
	바이어스 반복성	일정한 온도		1.5	5	정도 /h
	각도 랜덤 워크			0.1		정도 /√h
	배율 인자 비선형성			25	100	ppm
	교차-결합 오류				0.001	라드
	대역폭		200			헤르츠
가속도계	측정 범위		-16		+16	g
	전체-온도 바이어스			1	3	mg
	바이어스 안정성	10초 스무딩		0.03	0.1	mg
	바이어스 불안정성	앨런 분산		0.01	0.03	mg
	바이어스 반복성	일정한 온도		0.03	0.1	mg
	속도 랜덤 워크			0.01	0.03	m/s/√h
	배율 인자 비선형성	±1g 입력		100	200	ppm
	교차-결합 오류				0.001	라드
	대역폭		200			헤르츠
자력계	측정 범위		-8		+8	GS
	해결			200		μG
	소음 밀도			50		μG
	대역폭			200		헤르츠
기압계	측정 범위		300		1100	mbar
	총 오류			4.5		mbar
	절대 오류			1.5		mbar
	비-선형성			0.1		%FS
	해결			0.1		mbar
통신 인터페이스	SPI 클록 주파수				10	MHz
	UART 전송 속도		9.6	460.8	921.6	kbps
전기적 특성	작동 전압		3.0	3.3	3.6	V
	전력 소비			0.5		W
	리플(피크-대-피크)				100	mV
시작 시간	-			2		s
기계적 특성	차원		47.0 × 44.0 × 14.0			mm
	무게				50	g
운영 환경	작동 온도		-40		80	도
	보관 온도		-55		85	도
	진동 저항		10-2000Hz, 6.06g
	충격 저항		30g, 11ms
	과부하 허용오차	절반-사인 펄스	1000 g
신뢰할 수 있음	MTBF(평균 고장 간격)			20000		h
	연속 작동 기간			120		h
참고: 일반적인 값은 여러 샘플 테스트의 1σ 통계 결과를 나타냅니다.

 

기계 및 전기 사양

기계적 특성

MSU204A 관성 측정 모듈은 알루미늄 합금 하우징을 채택하여 가볍고 구조적 강도가 높으며 진동 방지 및 충격 방지 성능이 뛰어납니다.- 유닛의 외형 치수는 그림 1에 나타나 있으며, 유닛은 4개의 M2 나사로 고정되어 있습니다.

그림 1 모듈 외형 치수 도면

 

제품 마킹 및 좌표 정의

설치 중에 모듈의 캐리어 좌표계는 대상 장비의 캐리어 좌표계와 고정된 상대 관계를 유지해야 합니다. MSU204A MEMS 관성 측정 모듈의 캐리어 좌표계 정의는 아래와 같습니다.

그림 2 관성 센서 축 참조 다이어그램

 

인터페이스 특성

MSU204A 관성 측정 모듈은 외부 신호 출력용 맞춤형 이중{1}}열 핀 커넥터 FTMH-112-02-H-DH(결합 플러그: Samtec CLM-112-02 또는 동급 대안)를 사용하여 전원을 공급하고 외부 통신을 실현합니다. 커넥터의 핀 할당은 표 2에 정의되어 있습니다.

표 2 MSU204A 관성 측정 모듈의 커넥터 핀 정의

핀 번호	이름	유형	설명
10, 11, 12	VDD	전원공급장치	-
13, 14, 15	접지	전원 접지	-
7	디오1	입력 / 출력	구성 가능한 범용-목적 IO
9	DIO2	입력 / 출력
1	DIO3	입력 / 출력
2	DIO4	입력 / 출력
3	SPI-CLK	입력	SPI 마스터-슬레이브 모드 고정, 구성 불가능-
4	SPI-MISO	산출
5	SPI-MOSI	입력
6	SPI-CS	입력
16	UART-0-TXD	산출	UART0, 디버그-전용
17	UART-0-RXD	입력
8	RST	입력	하드웨어 재설정
23	VDD RTC	전원공급장치	미사용
22, 24, 18, 19, 20, 21	NC	예약된	내부 연결 없음

그림 3 외부 커넥터 핀 라벨 다이어그램

 

공급 전압이 장치 작동 임계값 아래로 떨어지면 전원을 다시 켜기 전-전원 차단 유지 시간 tOFF가-3초 이상이어야 합니다. 전원-끄기 간격이 부족하면 장치의 비정상적인 시작, 래치-또는 초기화 오류가 발생할 수 있습니다.

 

외부 커뮤니케이션

MSU204A는 독립형 센서 시스템입니다.- 유효한 전원 공급 후 자동으로 시작되어 초기화를 완료한 다음 SPI 인터페이스를 통해 액세스할 수 있는 출력 레지스터에 보정된 센서 데이터를 샘플링, 처리 및 쓰기 시작합니다. SPI 버스는 일반적으로 임베디드 프로세서의 호환 포트에 연결됩니다. 4개의 SPI 신호는 동기식 직렬 데이터 전송을 지원합니다. 공장 기본 구성에서 DIO4는 데이터 준비 플래그 역할을 합니다. 이 핀은 출력 레지스터에 새로운 유효한 데이터가 존재할 때 하이로 풀됩니다.

그림 4 전기 연결 회로도

 

표 3 일반 SPI 호스트 구성

호스트 매개변수	설명
호스트 모드	MSU204A는 SPI 슬레이브 장치로 작동합니다.
SCLK 주파수	최대 직렬 클록 10MHz 이하
SPI 모드	모드 3(CPOL=1, CPHA=1)
비트 순서	MSB-첫 번째 전송
데이터 폭	16비트 시프트 레지스터 프레임

SPI 인터페이스는 전이중 통신을 지원합니다. 즉, 이전 트랜잭션이 읽기 요청인 경우 외부 프로세서는 DOUT 데이터를 읽는 동안 DIN 데이터를 쓸 수 있습니다(그림 4 참조). 그림 4는 DIN 및 DOUT 신호에 대한 비트 인코딩 예를 제공합니다.

그림 5 SPI 통신 비트 시퀀스

 

MSU204A는 전원을 켠 후 데이터 레지스터 액세스를 위해 페이지 0을 자동으로 활성화합니다-. 다른 레지스터 페이지에 액세스한 후 PAGE_ID 레지스터(DIN=0x8000)에 0x00을 써서 페이지 0으로 다시 전환합니다.

단일 레지스터를 읽으려면 2개의 16비트 SPI 사이클이 필요합니다.

첫 번째 사이클은 그림 3에 정의된 비트 할당과 함께 레지스터 주소 요청을 보냅니다.

두 번째 사이클은 DOUT을 통해 대상 레지스터 데이터를 반환합니다.

DIN 명령의 첫 번째 비트는 0이고 그 뒤에 레지스터 주소의 상위/하위 바이트가 옵니다. 마지막 8비트는 더미 비트이지만 요청의 SPI 수신에는 완전한 16개의 SCLK 주기가 필요합니다.

그림 5는 두 개의 연속적인 레지스터 읽기 작업을 보여줍니다. DIN=0x1A00은 Z_GYRO_OUT 레지스터 데이터를 요청하고 DIN=0x1800은 Z_GYRO_LOW 레지스터 데이터를 요청합니다.

그림 6 SPI 읽기 트랜잭션 예

 

표 4 사용자 등록 메모리 맵(N/A=해당 사항 없음)

R/W	페이지 ID	주소	기본값	레지스터 설명
R/W	0x00	0x00	0x00	페이지 ID 선택 등록
R	0x00	0x0E	N/A	온도 출력
R	0x00	0x10	N/A	X-축 자이로 출력(로우 워드)
R	0x00	0x12	N/A	X-축 자이로 출력(하이 워드)
R	0x00	0x14	N/A	Y-축 자이로 출력(로우 워드)
R	0x00	0x16	N/A	Y-축 자이로 출력(하이 워드)
R	0x00	0x18	N/A	Z-축 자이로 출력(로우 워드)
R	0x00	0x1A	N/A	Z-축 자이로 출력(하이 워드)
R	0x00	0x1C	N/A	X-축 가속도계 출력(로우 워드)
R	0x00	0x1E	N/A	X-축 가속도계 출력(하이 워드)
R	0x00	0x20	N/A	Y-축 가속도계 출력(로우 워드)
R	0x00	0x22	N/A	Y-축 가속도계 출력(하이 워드)
R	0x00	0x24	N/A	Z-축 가속도계 출력(로우 워드)
R	0x00	0x26	N/A	Z-축 가속도계 출력(하이 워드)
R	0x00	0x28	N/A	X-축 자력계 출력(하이 워드)
R	0x00	0x2A	N/A	Y-축 자력계 출력(하이 워드)
R	0x00	0x2C	N/A	Z-축 자력계 출력(하이 워드)
R	0x00	0x2E	N/A	기압 출력(로우 워드)
R	0x00	0x30	N/A	기압 출력(하이 워드)
R	0x00	0x7E	0x4068	부품 ID 출력(ADIS16488과 호환 가능)

 

관성 센서 데이터 형식

자이로스코프, 가속도계 및 기압계의 출력 레지스터는 32비트 바이너리 형식을 채택하고 두 개의 별도 16비트 레지스터로 분할됩니다. 그림 7은 레지스터 쌍이 관성 측정 데이터를 구성하는 방법을 보여줍니다. 예를 들어 X_GYRO_OUT은 상위 16비트를 저장하고, X_GYRO_LOW는 하위 16비트를 저장합니다. 대부분의 시나리오에서는 높은 16비트 레지스터 데이터만으로도 분해능 요구 사항을 충족하기에 충분합니다.

그림 7 자이로스코프 출력 형식 예(DEC_RATE > 0)

 

온도 계산 공식

현재 온도=25 + TEMP_OUT × 0.00565

자이로스코프 계산 공식

X-축 자이로스코프	X_GYRO_OUT	X_GYRO_LOW
	1LSB=0.02도/초	최상위 비트(MSB)의 가중치는 0.01degree/s이고, 후속 비트의 가중치는 순차적으로 절반씩 감소합니다.
	0. 02 * X_GYRO_OUT	0.01*MSB+0.005*...

 

가속도계 계산 공식

X-축 가속도계	X_ACCL_OUT	X_ACCL_LOW
	1LSB= 0.8mg	최상위 비트(MSB)의 가중치는 0.4mg이고, 후속 비트의 가중치는 순차적으로 절반으로 감소합니다.
	0.8 * X_ACCL_OUT	0.4 * MSB + 0.2*...

 

자기장 계산 공식:

X-축 자력계	X_MAGN_OUT
	1LSB=0.1m가우스
	0.1 * X_MAGN_OUT

 

기압 계산 공식

기압(Bar)	BAROM_OUT	BAROM_LOW
	1LSB=40우바	최상위 비트(MSB)의 가중치는 20μbar이고, 후속 비트의 가중치는 순차적으로 절반으로 감소합니다.
	40 * BAROM_OUT	20 * MSB + 10*....

 

제품 작동 시 주의 사항

• 전기 핀 정의를 엄격하게 확인하십시오. 잘못된 연결을 방지하려면 배선 시 핀아웃 배열을 따르십시오.
• 본 제품은 정밀 측정 장비입니다. 취급 시 정격 한계를 초과하는 충격, 충돌 또는 기계적 과부하를 피하십시오.
• 장착 평탄도는 각속도 측정에 큰 영향을 미칩니다. 설치로 인한 오류를 없애기 위해 장착 표면의 평탄도가 높은지 확인하세요.-
• 느슨한 조립으로 인한 측정 드리프트를 방지하려면 모듈을 견고하고 안정적으로 고정하십시오.
• 설치 및 작동 중에 정전기 방지 조치를 취하세요.- 정전기 방지 손목밴드를 착용하는 것이-권장됩니다.
• 이 설명서에 따라 장치를 엄격하게 작동하고 외부 환경이 작동 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오. 결함이 발생한 경우 하우징을 분해하거나 내부 하드웨어를 개조하지 마십시오. 문제 해결을 위해 기술 지원 팀에 문의하세요.

 

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