- 高精度慣性傳感器如何實(shí)現(xiàn)全球自動(dòng)化愿景?
- 本站編輯:杭州華準(zhǔn)電子有限公司發(fā)布日期:2022-05-11 13:24
如果農(nóng)場基于豐富的傳感器內(nèi)容來聯(lián)合利用自動(dòng)化地面車輛和航空器,那么地面作業(yè)將更加有效;如果手術(shù)室能夠?qū)⒔?jīng)典的導(dǎo)引技術(shù)供精密制導(dǎo)機(jī)械臂使用,那么成功率將得到保障;如果救援行動(dòng)中能夠精準(zhǔn)定位施救人員的位置,那么生還幾率將大大提高。要想實(shí)現(xiàn)諸如此類的假設(shè),精密慣性傳感器有望發(fā)揮巨大作用。
打鐵還需自身硬,傳感器融合算法還需要MEMS的高精度
從上述應(yīng)用不難看出,其關(guān)鍵在于傳感器的高精度,而精度的提高可以通過選擇質(zhì)量更高的傳感器來實(shí)現(xiàn)。不過曾有一種不切實(shí)際的說法是,可以利用傳感器融合算法,通過編程使技術(shù)水平很差的傳感器獲得良好的性能。傳感器融合的確可用于某些校正,例如:利用溫度傳感器校正其他傳感器的溫漂,或利用加速度計(jì)(g)傳感器校正陀螺儀的重力效應(yīng)。但即使是在這些情況下,也只能依據(jù)環(huán)境來校準(zhǔn)給定傳感器,而無法提高它在校準(zhǔn)點(diǎn)之間維持性能的固有能力,也就是說,只能插值而無法維持校準(zhǔn)精度。質(zhì)量較差的傳感器通常會(huì)迅速漂移,如果不進(jìn)行廣泛和成本高昂的校準(zhǔn),精度會(huì)立即下降。
簡言之,傳感器融合雖然可以提供確定性的校正(如溫度補(bǔ)償),并會(huì)基于系統(tǒng)狀態(tài)知識(shí),管理從一個(gè)傳感器到另一個(gè)傳感器的切換過程,但是軟件對于彌補(bǔ)不確定性差距的作用不大,無法彌補(bǔ)傳感器內(nèi)在的缺陷。并且就算是高質(zhì)量傳感器為使器件發(fā)揮最高性能,通常也需要進(jìn)行一定的校準(zhǔn)。因此,校準(zhǔn)和補(bǔ)償步驟越來越多地被看成是傳感器制造商必須提供的嵌入式功能。
低成本、高性能如何兼得?戰(zhàn)術(shù)級(jí)慣導(dǎo)展示標(biāo)準(zhǔn)范例
在保證精度性能的同時(shí),傳感器制造商還需要考慮的就是更小尺寸和更低成本。不得不承認(rèn)以降低成本為主要目標(biāo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常會(huì)犧牲性能,有時(shí)甚至?xí)?yán)重削弱性能。例如縮小硅片質(zhì)量和用塑料封裝消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品等,對性能有很大的不利影響。
不過我們可以做一些簡單的選擇來避免這一情況的發(fā)生,比如我們了解要從微機(jī)電器件提取精確穩(wěn)定的信息,必須有很高的信噪比,而信噪比是由硅片面積和厚度決定的,另外還要選擇適當(dāng)?shù)钠骷庋b和系統(tǒng)外殼,使硅片受到的應(yīng)力最小。在一開始定義傳感器時(shí)便牢記最終應(yīng)用的性能要求,據(jù)此優(yōu)化硅片、集成、封裝、測試和校準(zhǔn)方法,使得在復(fù)雜環(huán)境下也能維持原有性能,并且使成本最低。所以針對性能的設(shè)計(jì)與針對成本、尺寸、功耗效率的設(shè)計(jì)并不是互相排斥的。
值得一提的是, 與復(fù)雜且昂貴的分立設(shè)計(jì)方案相比,為精確的多軸慣性檢測與工業(yè)系統(tǒng)的集成提供了簡單而高效的方法。所有必需的運(yùn)動(dòng)測試及校準(zhǔn)都是工廠生產(chǎn)過程的一部分,大大縮短了系統(tǒng)集成時(shí)間,嚴(yán)格的正交對準(zhǔn)簡化了導(dǎo)航系統(tǒng)中的慣性坐標(biāo)系對準(zhǔn)。此外,SPI和寄存器結(jié)構(gòu)針對數(shù)據(jù)收集和配置控制提供簡單的接口,以及10自由度高性能傳感適合苛刻的消防救援類應(yīng)用和商業(yè)航空電子設(shè)備等。