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評估加速計和陀螺儀,全方位了解噪音和漂移誤差

工程師兵營 ? 來源:互聯網 ? 作者:佚名 ? 2018-02-27 11:41 ? 次閱讀

加速計陀螺儀是用于從無人機手機、汽車、飛機和移動物聯網設備中獲取加速度和旋轉信息傳感器。但加速計和陀螺儀都容易出錯,加速計可能出現噪音、陀螺儀可能出現漂移,因此要求設計師采用新穎的方法實現最高的精度。

方法之一是應用傳感器融合。本文將分別評估加速計和陀螺儀,以了解這些噪音和漂移誤差是如何產生的。接下來將介紹這兩種傳感器的示例,并說明如何利用傳感器融合技術,將這兩種傳感器的結果結合在一起并減少這些誤差的影響。

選擇正確的傳感器

加速計用于測量對物體施加的所有線性力,單位是毫伏/克 (mV/g)。移動的物體會展現動態運動,例如加速度,并持續受到重力這一靜態力。將加速計連接到物體上后,可以測量物體的加速度和作用于物體上的萬有引力。但隨著時間的推移,加速計容易出現位置誤差。

圖 1:配備 3D 加速計和 3D 陀螺儀傳感器的無人機能夠成功向地面控制裝置提供位置反饋。(圖片來源:維基百科和 STMicroelectronics)

陀螺儀可提供隨著時間推移,物體角速度的變化率,單位是 mV/度/秒 (mV/deg/sec)。將陀螺儀連接到物體上后,傳感器可以平穩測量物體的角度變化,但同加速計一樣,隨著時間的推移,陀螺儀也會出現穩定增大的角度誤差。

很多加速計和陀螺儀采用微機電系統 (MEMS) 制造而成。在 MEMS 傳感器的生產過程中,硅元件和機械元件被組合在同一塊微米級硅基底上。這些器件中的主要元件是機械元件、感應機制和專用集成電路ASIC)。

MEMS 加速計

個別 MEMS 加速計的結構采用固定式硅板以及用于響應外力的機械彈簧(圖 2)。

圖 2:MEMS 加速計型號采用硅元件和機械元件,根據加速度的變化得出電容的變化。(圖片來源:HowToMechatronics.com)

通用的 MEMS 感應技術是使用片載可變電容器。在運動中,綠色的固定板保持靜止,而橙色的重物沿加速度軸彎曲。通過這種運動,電容值 C1 和 C2 會隨著固定板與重物之間距離的變化而變化。

圖 3:一種 MEMS 加速計電容器結構的特寫鏡頭。(圖片來源:Digi-Key Electronics)

在數量上,C1 和 C2 值的變化取決于電容器板之間的距離 d(圖 3)。

總結

當設計師設法從移動的物體提取更精確的信息時,同時使用 3D MEMS 加速計和陀螺儀,再輔以傳感器融合策略,可為運動和導航問題提供一個可靠的解決方案。

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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