Miniaturowe przyspieszeniomierze wbudowane w skrzydła samolotów
Celem inicjatywy Czyste niebo, będącej jak dotąd najbardziej ambitnym programem badawczym w Europie, jest przyspieszenie rozwoju przełomowych technologii i skrócenie czasu komercjalizacji nowych, bardziej ekologicznych rozwiązań sprawdzonych na pełnoskalowych modelach demonstracyjnych. Jednak wprowadzenie nowych konstrukcji, które znacząco zmniejszą wpływ samolotów i transportu lotniczego na środowisko, wymaga opracowania innowacyjnych rozwiązań dla wszystkich części samolotu. W ramach finansowanego ze środków UE projektu MICRO-IMU stworzono więc specjalizowany układ scalony (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit) przeznaczony do przyspieszeniomierzy MEMS. Badaczom udało się umieścić kilka bloków funkcyjnych na pojedynczym chipie. Głównymi elementami przetwornika cyfrowo-analogowego i bloku multipleksera są przełączniki niezbędne do wzbudzenia elektrod czujnika zewnętrznego. Przełączniki te zostały wyposażone w specjalnie dostosowane tranzystory zapewniające stabilne działanie w całym zakresie napięcia. Zintegrowany wzmacniacz ładunku wytwarza napięciowy sygnał wyjściowy proporcjonalny do wartości prądu wejściowego. Innym wbudowanym elementem jest sonda termiczna do precyzyjnego pomiaru temperatury chipa. Zmierzona temperatura jest przekształcana na wartość cyfrową i zapisywana w rejestrze. Zgodnie ze specyfikacją zakres pomiarowy temperatury wynosi od -55 do +110°C. Innym głównym blokiem układu ASIC jest blok referencyjny. Bardzo wysokie i precyzyjne wartości napięcia odniesienia są niezbędne dla prawidłowego działania przetworników analogowo-cyfrowych (ADC, Analogue to Digital Converter), wzmacniacza ładunku i sondy temperatury. W układzie zastosowano także zewnętrzne źródło odniesienia oraz interfejs szeregowy przycinający pochodne wartości napięcia celem skompensowania błędów przesunięcia wzmacniaczy. Układ ASIC wyposażono w dwa interfejsy komunikacyjne. Ze względu na wymagania w zakresie szybkości transmisji danych oraz przetwarzania w czasie rzeczywistym pierwszy interfejs szeregowy jest wykorzystywany wyłącznie do przesyłania danych o przyspieszeniu, podczas gdy drugi interfejs służy do odczytywania zmierzonej temperatury oraz zapisywania konfiguracji i dziennika regulacji. Aby uniknąć zakłóceń pomiędzy poszczególnymi przetwornikami ADC, każdy z nich został wyposażony we własne odniesienia, które można osobno przycinać. Oczekuje się, że te niezwykle kompaktowe i lekkie czujniki zostaną w najbliższej przyszłości zintegrowane ze skrzydłami samolotów. Realizowany w ramach inicjatywy Czyste niebo projekt MICRO-IMU stanowi kolejny krok na drodze do opracowania nowych, bardziej ekologicznych rozwiązań dla lotnictwa.
Słowa kluczowe
Przyspieszeniomierze, skrzydła samolotów, inercyjna jednostka pomiarowa, MICRO-IMU, specjalizowany układ scalony
