完全集成和校準的MEMS慣性傳感器的可用性可能是選擇進行系統升級的關鍵因素，例如平臺穩定、工業機械運動控制、安全/監控設備、機器人、工業車輛導航和機械調平。

最近的傳感器技術發展正在實現 工業系統設計的革命性改進。 慣性傳感器可以潛在改善的應用 系統性能包括平臺穩定、運動 工業機械、安全/監控設備的控制， 機器人、工業車輛導航和機械 水準。此類傳感器提供的運動信息 不僅可以提高性能，而且可以提高性能 還有可靠性、安全性和擁有成本。

但是，要獲得這些，需要克服障礙 優勢，特別是在惡劣的物理環境中 許多工業應用，其中溫度、振動、 有限的空間，必須解決其他因素。提取 來自傳感器的一致數據，將其轉化為有用的數據 信息，并在系統時間內做出反應 和功率預算需要專業知識 許多技術領域的工程師，包括小心翼翼 設計實踐。

了解問題

來自慣性傳感器的信息可以被處理和 集成以導出許多不同類型的運動、位置、 和方向輸出。每種類型的運動都需要廣泛的 必須具有的應用相關復雜性范圍 理解。一個很好的例子是工業控制 某種形式的指向或轉向的應用 設備很有用。傾斜或角度感應通常位于 此類應用程序的核心，以及最簡單的化身， 管內機械氣泡或球傳感器可能就足夠了。 但是，在指定傳感器需求之前，全運動 動力學、環境、生命周期和可靠性期望 必須分析終端系統。如果系統的 運動是相對靜止的，一個簡單的角度傳感器可以是 足夠;但是響應時間、沖擊和振動、尺寸和 性能隨壽命的漂移將推動實際技術的發展 決定。此外，許多系統涉及多個 運動類型（例如旋轉加加速度），以及 經常在多個軸上運行，從而驅動 需要考慮組合多種傳感器類型。

一旦知道了正確的傳感器類型和技術，就可以 挑戰轉向理解，并最終補償 對于傳感器對環境的反應（溫度， 振動、沖擊、安裝位置、時間和其他變量）。 此類環境補償涉及額外的 電路、測試、校準和動態調整。 因為每種傳感器類型，最終每種傳感器都是 獨特，存在補償不足或過度補償的額外風險 除非完全了解傳感器特性。 最后一點是驅使許多設計師采用更多的原因 完全集成的傳感器解決方案，可以減少障礙 到采用和實施。

慣性傳感器組件：線性速率 和角速率傳感器

慣性傳感器有幾種。微機電系統（微型 機電系統）傳感器技術是其中之一 最成熟，并為廣泛的 應用范圍。MEMS線性速率傳感器（加速度計） 徹底改變了汽車安全氣囊系統 15年前的工業。從那時起，他們實現了獨特的 硬盤保護的功能和應用 在筆記本電腦上更直觀的用戶動作捕捉游戲中 控制器。

MEMS結構也可提供角速率檢測 基于諧振器陀螺儀的原理。二多晶硅 每個傳感結構都包含一個抖動框架，即 靜電驅動共振。這將產生 在旋轉過程中產生科里奧利效應的必要運動。 在每個幀的兩個外極端處，正交于 抖動運動，可移動手指放置在固定之間 手指形成電容式拾取結構，可感應 科里奧利運動。當MEMS陀螺旋轉時，變化 通過改變可移動手指的位置來檢測 電容，并將產生的信號饋送到一系列增益 和產生電速率的解調級 信號輸出。在某些情況下，信號會被轉換 并饋入專有的數字校準電路。

傳感器周圍的集成和校準水平 核心由最終性能要求決定，但是，在 在許多情況下，可能需要運動校準來實現 最高水平的性能和穩定性

工業環境：集成信號調理和傳感器處理

在工業市場中，振動等應用 分析、平臺調平和一般運動控制需求 高度集成和可靠的解決方案，在許多 在這種情況下，傳感元件直接嵌入到 現有設備。提供足夠的 控制、校準和編程功能，使 設備真正獨立。一些應用示例 包括

工業機械的狀態監測： 可以從能力中獲得實質性價值 更多 將傳感器深度嵌入機器中，并獲得 更早、更準確地表示病情 與傳感器性能和 嵌入式處理。

機器自動化：自主或遠程 受控精密儀器和機械臂可以 通過改進變得更加準確和高效 準確性，并將它們與遠程更緊密地關聯 受控或編程運動。

移動通信和監控：是否開啟 陸基、空中或海上車輛，慣性傳感器可以提供幫助 無論是在穩定（天線和攝像頭）還是在 方向引導（使用 GPS 進行航位推算，其他 傳感器）。

由于工業傳感市場非常多樣化，因此 需要廣泛的性能、集成度和 必須通過集成來容納的接口 嵌入式可調功能，如數字濾波、采樣率 控制、狀態監測、電源管理 選項和特定于應用程序的輔助 I/O 功能。在 其他更復雜的場景，使用多個傳感器 并且還需要傳感器類型。即使看似簡單 慣性運動僅限于在一個或兩個軸上運動 可能需要加速度計和陀螺儀檢測 補償重力、振動和其他不規則性 和影響。

此外，傳感器還可以具有交叉靈敏度，在 最小，必須理解，并且經常補償 為。不同的標準使這變得更加困難 用于慣性傳感器規格。指定慣性時 傳感器，大多數工業系統設計人員主要關注 具有陀螺儀穩定性（隨時間推移的偏置估計），其中 通常不在消費級陀螺儀中指定。甚至一個 良好的陀螺儀偏置穩定性（0.003度/秒）有點 如果傳感器性能不佳，則毫無意義 到線性加速度。線性加速度規格 例如，0.1 度/秒/g 會使 0.1 度的誤差增加 偏置穩定性規格為 0.003 度/秒，在簡單環境中 旋轉 ±90 度 （1 克）。通常，一個 加速度計與陀螺儀結合使用 檢測重力影響并提供必要的信息 以推動薪酬流程。

優化傳感器性能并最大限度地減少開發 時間需要對兩種傳感器靈敏度都有深入的了解 和應用程序環境。校準計劃可以 量身定制以解決最具影響力的元素，從而 最大限度減少測試時間和補償算法開銷。 如果制造經濟高效且采用標準，則系統就緒 接口，以應用為中心的解決方案，結合了 具有必要信號處理的適當傳感器可以 消除實施和生產障礙 許多工業客戶過去都面臨過。

利用加速提供 振動分析

在某些情況下，傳感元件經過優化設計 相對接近基本傳感器輸出，而在其他傳感器輸出中 （帶振動分析的狀態監測），有 實現所需的大量額外處理 輸出。圍繞高度集成的設備示例 慣性傳感器是ADI公司的ADIS16227（圖1）， 完全自主的頻域振動監測儀。 與相對簡單的g/mv輸出不同，像這樣的設備 相反，這可能提供特定于應用程序的分析，在此 案例，嵌入式頻域處理，512點 真正的價值FFT和板載存儲提供了 識別和分類單個振動源，監測 它們隨時間變化，并對可編程閾值做出反應 水平。

圖1.ADIS16227原理框圖

檢測和理解運動的能力具有潛力 為幾乎任何構想的應用程序增加價值。在大多數 在的情況下，愿望是利用一個系統的運動 體驗并將該信息轉化為改進 性能（響應時間、精度、操作速度）; 增強安全性或可靠性（在危險情況下關閉系統 情況）;或其他增值功能。在某些情況下，它是 缺乏運動至關重要，因此傳感器可以 用于檢測不需要的移動。這些功能或 性能升級通常在現有的 系統，以及MEMS的小尺寸和低功耗方面 慣性傳感器組件很有吸引力，因為終端系統的 功率和尺寸包絡顯然已經固定 或必須最小化。

在某些情況下，這些系統的設計師不是運動的 動力學專家，從而提供完全集成的可用性 經過校準的傳感器可能是以下方面的關鍵批準因素 選擇繼續進行這些系統升級。

審核編輯：郭婷