在科技發展的進程中,對於信息的掌握和利用必然被放在首位,傳感器是在此過程中獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。傳感器技術是推動機器人和其他工業系統設計進步的重要基礎。
近日,無錫物聯網創新促進中心舉辦了慣性傳感器核心技術培訓。課程內容包括MEMS慣性傳感器(包括MEMS加速度計和MEMS陀螺儀)及系統特性分析技術。來自各大加速度計、陀螺儀、磁力計等廠商,以及電子羅盤、慣性測量單元、航姿參考系統、GNSS慣性導航組合等應用廠商的技術人員參加了此次培訓。
MEMS慣性傳感器是一種戰略性高新技術,引起各發達國家的廣泛關注,更是形成全球化的產業。
慣性傳感器
主要是檢測和測量加速度、傾斜、衝擊、振動、旋轉和多自由度(DoF)運動,是解決導航、定向和運動載體控制的重要部件。慣性傳感器包括加速度計(或加速度傳感計)和角速度傳感器(陀螺)以及它們的單、雙、三軸組合IMU(慣性測量單元),AHRS(包括磁傳感器的姿態參考系統)。MEMS加速度計是利用傳感質量的慣性力測量的傳感器,通常由標準質量塊(傳感元件)和檢測電路組成。IMU主要由三個MEMS加速度傳感器及三個陀螺和解算電路組成。
加速度計
測量運載體線加速度的儀表,測量是工程技術提出的重要課題。由檢測質量(也稱敏感質量)、支承、電位器、彈簧、阻尼器和殼體組成。其中,在測量飛機過載的加速度計是最早獲得應用的飛機儀表之一。
陀螺儀
利用高速迴轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交於自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。利用其他原理製成的角運動檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。比如:迴轉羅盤、定向指示儀、炮彈的翻轉、陀螺的章動等。
磁力計
可用於測試磁場強度和方向,定位設備的方位,磁力計的原理跟指南針原理類似,可以測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。磁感應強度是矢量,具有大小和方向特徵,只測量磁感應強度大小的磁強計稱為標量磁強計,而能夠測量特定方向磁場大小的磁強計稱為矢量磁強計。
慣性測量單元
測量物體三軸姿態角(或角速率)以及加速度的裝置。一般的,一個IMU包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺,加速度計檢測物體在載體坐標系統獨立三軸的加速度信號,而陀螺檢測載體相對於導航坐標系的角速度信號,測量物體在三維空間中的角速度和加速度,並以此解算出物體的姿態。在導航中有著很重要的應用價值。
航姿參考系統
包含了嵌入式的姿態數據解算單元與航向信息,慣性測量單元(IMU)僅僅提供傳感器數據,並不具有提供準確可靠的姿態數據的功能。目前常用的航姿參考系統(AHRS)內部採用的多傳感器數據融合進行的航姿解算單元為卡爾曼濾波器。
電子羅盤
三維電子羅盤由三維磁阻傳感器、雙軸傾角傳感器和MCU構成。電子羅盤具有抗搖動和抗震性、航向精度較高、對幹擾磁場有電子補償、可以集成到控制迴路中進行數據連接等優點,作為導航儀器或姿態傳感器廣泛應用於航空、航天、機器人、航海、車輛自主導航等領域。