2018年12月10日

集成和校準的MEMS慣性傳感器的出現,加速了平台穩定、工業機械運動控製、安全/監控設備、機器人、工業車輛導航和機械調平等領域係統的升級。


傳感器技術發展使得工業係統設計實現革命性的進步。不僅能改善性能,而且能提高可靠性、安全性並降低成本。但是許多工業應用處在惡劣的物理環境下,需要考慮溫度、振動、空間限製和其他因素的影響。


慣性傳感器的信息經過處理和積分後,可以提供許多不同類型的運動、位置和方向輸出。某種形式的指向或轉向設備對工業控製應用就發揮著重要作用。傾斜或角度檢測是應用中的核心任務,如果係統的運動相對而言為靜態,角度傳感器就足夠了,但實際的技術決策取決於響應時間、衝擊和振動、尺寸、整個壽命期間的性能漂移。這就需要考慮將多種類型的傳感器結合在一起。


慣性傳感器:線性速率和角速率傳感器


慣性傳感器有多種類型。MEMS(微機電係統)傳感器是最完善的傳感器類型之一,已經使廣泛的應用受益。15年前,MEMS線性速率傳感器革新了汽車安全氣囊係統。自此以後,從筆記本硬盤保護到遊戲控製器中更為直觀的用戶運動捕捉,各種獨特的功能和應用得以實現。


根據諧振器陀螺儀的原理,MEMS結構也可提供角速率檢測。當MEMS陀螺儀旋轉時,可動指的位置變化通過電容的變化進行檢測,由此得到的信號被送入一係列增益和解調級,產生電速率信號輸出。某些情況下,該信號經轉換後送入一個專有數字校準電路。


傳感器內核周圍的集成度和校準由最終性能要求決定,但在許多情況下,可能需要進行運動校準,以便實現最高的性能水平和穩定性。


工業環境:集成信號調理和傳感器處理


在工業市場上,諸如振動分析、平台校正、一般運動控製之類的應用需要高集成度和高可靠度的解決方案,檢測元件在許多情況下是直接嵌入到現有設備中。此外,還必須提供足夠的控製、校準和編程功能,使器件真正獨立自足。一些應用範例包括:

  

工業機械的狀態監控:通過將傳感器更深地嵌入機械內部,並且藉由傳感器性能和嵌入式處理而更早、更準確地掌握狀態變化的跡象,可以獲得切實的效益。

  

機器自動化:通過提高精度,並且更加嚴格地將此信息與遠程控製或編程設置的運動相關聯,可以使自治或遠程控製的精密儀器和機械臂更加精確、高效。

  

移動通信和監控:無論是陸地、航空還是海運交通工具,慣性傳感器都有助於其實現穩定(天線和相機)和定向導航(利用GPS和其他傳感器進行航位推算)。

  

傳感器還可能具有交叉靈敏度,很多時候必須對此進行補償,即使無需補償,至少也需要加以了解。此外,慣性傳感器的性能指標存在許多不同的標準,如果傳感器的線性加速度性能較差,那麽即使0.003°/s的良好陀螺儀偏置穩定性也可能毫無意義。加速度計通常與陀螺儀一起使用,以便檢測重力影響,並且提供必要的信息來驅動補償過程。


為了優化傳感器性能並盡可能縮短開發時間,需要深入了解傳感器靈敏度和應用環境。校準計劃可以針對影響最大的因素進行定製,從而減少測試時間和補償算法開銷。麵向具體應用的解決方案將適當的傳感器與必要的信號處理結合在一起,解決實施和生產障礙。


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