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MEMS慣性傳感器助力工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計革命

2015-02-01 18:19 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:OFweek 來源:OFweek
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  ·移動通信和監(jiān)控:無論是陸地、航空還是海運交通工具,慣性傳感器都有助于其實現(xiàn)穩(wěn)定(天線和相機(jī))和定向?qū)Ш?利用GPS和其他傳感器進(jìn)行航位推算)。

  工業(yè)檢測市場異常紛繁多樣,必須通過集成嵌入式可調(diào)特性,如數(shù)字濾波、采樣速率控制、狀態(tài)監(jiān)控、電源管理選項和專用輔助I/O功能等,來支持各種不同的性能、集成度和接口要求。在其他更復(fù)雜的情況下,還需要采用多個傳感器和多種類型的傳感器。即使看起來很簡單的慣性運動,例如僅限于一個或兩個軸的運動,也可能需要同時采用加速度計和陀螺儀檢測來補(bǔ)償重力、振動及其他不規(guī)則現(xiàn)象和影響。

  傳感器還可能具有交叉靈敏度,很多時候必須對此進(jìn)行補(bǔ)償,即使無需補(bǔ)償,至少也需要加以了解。此外,慣性傳感器的性能指標(biāo)存在許多不同的標(biāo)準(zhǔn),這使得上述問題的解決更加困難。當(dāng)指定慣性傳感器要求時,多數(shù)工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計工程師主要關(guān)心的是陀螺儀穩(wěn)定性(隨時間發(fā)生的偏置估算),消費級陀螺儀通常不會說明這一特性。如果傳感器的線性加速度性能較差,那么即使0.003°/s的良好陀螺儀偏置穩(wěn)定性也可能毫無意義。例如,假設(shè)線性加速度特性為0.1°/s /g,在旋轉(zhuǎn)±90°(1g)的簡單情況下,這將給0.003°/s的偏置穩(wěn)定性增加0.1°的誤差。加速度計通常與陀螺儀一起使用,以便檢測重力影響,并且提供必要的信息來驅(qū)動補(bǔ)償過程。

  為了優(yōu)化傳感器性能并盡可能縮短開發(fā)時間,需要深入了解傳感器靈敏度和應(yīng)用環(huán)境。校準(zhǔn)計劃可以針對影響最大的因素進(jìn)行定制,從而減少測試時間和補(bǔ)償算法開銷。面向具體應(yīng)用的解決方案將適當(dāng)?shù)膫鞲衅髋c必要的信號處理結(jié)合在一起,如果具備高性價比并且提供現(xiàn)成可用的標(biāo)準(zhǔn)接口,這些解決方案將能消除許多工業(yè)客戶過去所面臨的實施和生產(chǎn)障礙。

  利用加速度進(jìn)行振動分析

  在一些情況下,檢測元件相對靠近基本傳感器輸出端最佳,但在另一些情況下(例如通過振動分析進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控),則需要增加相當(dāng)多的處理過程才能實現(xiàn)所需的輸出。圍繞慣性傳感器而構(gòu)建的高集成度器件的范例之一是ADI公司的ADIS16227(圖1),它是一款完全自治的頻域振動監(jiān)控器。此類器件可能不提供相對簡單的g/mV輸出,而是提供應(yīng)用特定的分析。就ADIS16227而言,其嵌入式頻域處理、512點實值FFT和片上存儲器能夠識別各種振動源并進(jìn)行歸類,監(jiān)控其隨時間的變化情況,并根據(jù)可編程的閾值做出反應(yīng)。

  檢測和了解運動的能力幾乎對所有已設(shè)想到的應(yīng)用都具有價值。大多數(shù)情況下,人們希望掌控一個系統(tǒng)發(fā)生的運動,利用該信息提高性能(響應(yīng)時間、精度、工作速度等),增強(qiáng)安全性或可靠性(系統(tǒng)在危險情況下關(guān)機(jī)),或者獲得其他增值特性。但在某些情況下,不運動才是至關(guān)重要的,因此傳感器可用來檢測不需要的運動。這些特性或性能升級往往是在現(xiàn)有系統(tǒng)上實施,考慮到最終系統(tǒng)的功耗和尺寸顯然已確定,或者必須最小化,MEMS慣性傳感器的小尺寸和低功耗特性無疑極具吸引力。

  某些情況下,這些系統(tǒng)的設(shè)計人員不是運動動力學(xué)方面的專家,因此,當(dāng)決定是否進(jìn)行系統(tǒng)升級時,完全集成和校準(zhǔn)的傳感器存在與否可能是最關(guān)鍵的因素。

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