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MEMS传感器弥补GPS的不足

导读: 大多数应用包含不同的检测技术,其中没有任何一项技术能够独立地满足应用要求。对于GPS,障碍物会阻断卫星接收,因而容易发生错误。

  精密导航功能通常易与汽车、飞机、船舶联系在一起,但事实上,在工业和医疗领域,导航功能同样得到广泛应用,从工厂机械和手术机器人到应急响应跟踪。

  导航问题

  目前有许多方案可以取得指向、驾驶、导向设备的位置、方向和运动等信息。实际上,许多应用依赖全球卫星定位系统(GPS)的情况越来越普遍。但是,在面临室内导航以及在处理更复杂并与环境相关的挑战时,只靠GPS是不够的。

  对于此类应用,可以采用不同类型的传感器来改善系统从异常动作判断实际运动的能力。用以处理特殊导航问题的特定传感器,其能力不仅取决于传感器的性能,同时也要依据应用的独特动态特性而定。

  大多数应用包含不同的检测技术,其中没有任何一项技术能够独立地满足应用要求。对于GPS,障碍物会阻断卫星接收,因而容易发生错误。另一种常见的导航辅助设备是地磁仪,此装置需要清晰地接触地球的磁场,然而在工业环境中会有许多磁场干扰,造成地磁仪的可靠性无法始终处于最佳状态。光学传感器会受到视线阻碍的影响,惯性传感器一般来说不会受到这些干扰,但其自身也存在一些限制,例如缺乏绝对参考点(哪里是北方?)。

  传感器选择

  汽车行业20年的应用历史证明,MEMS惯性传感器具有高可靠性,同时具有低功耗、小尺寸和低成本的优势,在手机和视频游戏中的成功应用说明它在商业上也极具吸引力。然而,现有的性能水平却存在着很大的差异,适合游戏的器件并不能处理高性能导航问题。举例来说,精密工业和医疗导航所需的性能水平通常比消费电子设备所用MEMS传感器的性能水平高出一个数量级。

  大多数情况下,设备的运动相对复杂(多轴运动),因此需要完整的惯性测量单元(IMU),可整合多达六个自由度的惯性移动(三组线性与三组旋转)。

  举例来说,ADI公司的ADIS16334 iSensor IMU能够适应许多工业仪器和汽车应用。许多情况下,可以整合四个或更多的额外自由度,包括三轴磁力检测和单轴压力(海拔高度)检测。

  惯性测量单元可以输出高度稳定的线性与旋转传感器值,这些值必须针对下列影响因素进行补偿:

  温度和电压漂移;

  偏置、灵敏度和非线性度;

  振动;

  X、Y、Z轴对准误差;

  惯性传感器会因为其品质而具有不同的漂移度,设计人员可以利用GPS或是地磁仪来校正此漂移。

  除了良好的传感器设计以外,导航应用最主要的挑战则是决定不同时候以哪些传感器为准。惯性MEMS加速度计和陀螺仪已经证明,它对于设计人员完成一套完整功能的检测系统设计,具有良好的辅助作用。

 

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