2018年12月10日

集成和校准的MEMS惯性传感器的出现,加速了平台稳定、工业机械运动控制、安全/监控设备、机器人、工业车辆导航和机械调平等领域系统的升级。


传感器技术发展使得工业系统设计实现革命性的进步。不仅能改善性能,而且能提高可靠性、安全性并降低成本。但是许多工业应用处在恶劣的物理环境下,需要考虑温度、振动、空间限制和其他因素的影响。


惯性传感器的信息经过处理和积分后,可以提供许多不同类型的运动、位置和方向输出。某种形式的指向或转向设备对工业控制应用就发挥着重要作用。倾斜或角度检测是应用中的核心任务,如果系统的运动相对而言为静态,角度传感器就足够了,但实际的技术决策取决于响应时间、冲击和振动、尺寸、整个寿命期间的性能漂移。这就需要考虑将多种类型的传感器结合在一起。


惯性传感器:线性速率和角速率传感器


惯性传感器有多种类型。MEMS(微机电系统)传感器是最完善的传感器类型之一,已经使广泛的应用受益。15年前,MEMS线性速率传感器革新了汽车安全气囊系统。自此以后,从笔记本硬盘保护到游戏控制器中更为直观的用户运动捕捉,各种独特的功能和应用得以实现。


根据谐振器陀螺仪的原理,MEMS结构也可提供角速率检测。当MEMS陀螺仪旋转时,可动指的位置变化通过电容的变化进行检测,由此得到的信号被送入一系列增益和解调级,产生电速率信号输出。某些情况下,该信号经转换后送入一个专有数字校准电路。


传感器内核周围的集成度和校准由最终性能要求决定,但在许多情况下,可能需要进行运动校准,以便实现最高的性能水平和稳定性。


工业环境:集成信号调理和传感器处理


在工业市场上,诸如振动分析、平台校正、一般运动控制之类的应用需要高集成度和高可靠度的解决方案,检测元件在许多情况下是直接嵌入到现有设备中。此外,还必须提供足够的控制、校准和编程功能,使器件真正独立自足。一些应用范例包括:

  

工业机械的状态监控:通过将传感器更深地嵌入机械内部,并且藉由传感器性能和嵌入式处理而更早、更准确地掌握状态变化的迹象,可以获得切实的效益。

  

机器自动化:通过提高精度,并且更加严格地将此信息与远程控制或编程设置的运动相关联,可以使自治或远程控制的精密仪器和机械臂更加精确、高效。

  

移动通信和监控:无论是陆地、航空还是海运交通工具,惯性传感器都有助于其实现稳定(天线和相机)和定向导航(利用GPS和其他传感器进行航位推算)。

  

传感器还可能具有交叉灵敏度,很多时候必须对此进行补偿,即使无需补偿,至少也需要加以了解。此外,惯性传感器的性能指标存在许多不同的标准,如果传感器的线性加速度性能较差,那么即使0.003°/s的良好陀螺仪偏置稳定性也可能毫无意义。加速度计通常与陀螺仪一起使用,以便检测重力影响,并且提供必要的信息来驱动补偿过程。


为了优化传感器性能并尽可能缩短开发时间,需要深入了解传感器灵敏度和应用环境。校准计划可以针对影响最大的因素进行定制,从而减少测试时间和补偿算法开销。面向具体应用的解决方案将适当的传感器与必要的信号处理结合在一起,解决实施和生产障碍。


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善用MEMS惯性传感器,完善工业系统运作

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在无人导航系统定位中崭露头角的IMU技术

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