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(tǒng)升級的關(guān)鍵因素，例如平臺穩(wěn)定、工業(yè)機械運動控制、安全/監(jiān)控設(shè)備、機器人、工業(yè)車輛導(dǎo)航和機械調(diào)平。

最近的傳感器技術(shù)發(fā)展正在實現(xiàn) 工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計的革命性改進。 慣性傳感器可以潛在改善的應(yīng)用 系統(tǒng)性能包括平臺穩(wěn)定、運動 工業(yè)機械、安全/監(jiān)控設(shè)備的控制， 機器人、工業(yè)車輛導(dǎo)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(yōu)勢，特別是在惡劣的物理環(huán)境中 許多工業(yè)應(yīng)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(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為有用的數(shù)據(jù) 信息，并在系統(tǒng)時間內(nèi)做出反應(yīng) 和功率預(yù)算需要專業(yè)知識 許多技術(shù)領(lǐng)域的工程師，包括小心翼翼 設(shè)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(dǎo)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(yīng)用相關(guān)復(fù)雜性范圍 理解。一個很好的例子是工業(yè)控制 某種形式的指向或轉(zhuǎn)向的應(yīng)用 設(shè)備很有用。傾斜或角度感應(yīng)通常位于 此類應(yīng)用程序的核心，以及最簡單的化身， 管內(nèi)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(xué)、環(huán)境、生命周期和可靠性期望 必須分析終端系統(tǒng)。如果系統(tǒng)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(yīng)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(shù)的發(fā)展 決定。此外，許多系統(tǒng)涉及多個 運動類型（例如旋轉(zhuǎn)加加速度），以及 經(jīng)常在多個軸上運行，從而驅(qū)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(shù)，就可以 挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)向理解，并最終補償 對于傳感器對環(huán)境的反應(yīng)（溫度， 振動、沖擊、安裝位置、時間和其他變量）。 此類環(huán)境補償涉及額外的 電路、測試、校準和動態(tài)調(diào)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?shù)念~外風(fēng)險 除非完全了解傳感器特性。 最后一點是驅(qū)使許多設(shè)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(tǒng)（微型 機電系統(tǒng)）傳感器技術(shù)是其中之一 最成熟，并為廣泛的 應(yīng)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(tǒng) 15年前的工業(yè)。從那時起，他們實現(xiàn)了獨特的 硬盤保護的功能和應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)都包含一個抖動框架，即 靜電驅(qū)動共振。這將產(chǎn)生 在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生科里奧利效應(yīng)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(jié)構(gòu)，可感應(yīng) 科里奧利運動。當MEMS陀螺旋轉(zhuǎn)時，變化 通過改變可移動手指的位置來檢測 電容，并將產(chǎn)生的信號饋送到一系列增益 和產(chǎn)生電速率的解調(diào)級 信號輸出。在某些情況下，信號會被轉(zhuǎn)換 并饋入專有的數(shù)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(xiàn) 最高水平的性能和穩(wěn)定性

工業(yè)環(huán)境：集成信號調(diào)理和傳感器處理

在工業(yè)市場中，振動等應(yīng)用 分析、平臺調(diào)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(xiàn)有設(shè)備。提供足夠的 控制、校準和編程功能，使 設(shè)備真正獨立。一些應(yīng)用示例 包括

工業(yè)機械的狀態(tài)監(jiān)測： 可以從能力中獲得實質(zhì)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(guān)聯(lián) 受控或編程運動。

移動通信和監(jiān)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(wěn)定（天線和攝像頭）還是在 方向引導(dǎo)（使用 GPS 進行航位推算，其他 傳感器）。

由于工業(yè)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(diào)功能，如數(shù)字濾波、采樣率 控制、狀態(tài)監(jiān)測、電源管理 選項和特定于應(yīng)用程序的輔助 I/O 功能。在 其他更復(fù)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(guī)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(jīng)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(guī)格。指定慣性時 傳感器，大多數(shù)工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計人員主要關(guān)注 具有陀螺儀穩(wěn)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(wěn)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(guī)格 例如，0.1 度/秒/g 會使 0.1 度的誤差增加 偏置穩(wěn)定性規(guī)格為 0.003 度/秒，在簡單環(huán)境中 旋轉(zhuǎn) ±90 度 （1 克）。通常，一個 加速度計與陀螺儀結(jié)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(yōu)化傳感器性能并最大限度地減少開發(fā) 時間需要對兩種傳感器靈敏度都有深入的了解 和應(yīng)用程序環(huán)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(jīng)濟高效且采用標準，則系統(tǒng)就緒 接口，以應(yīng)用為中心的解決方案，結(jié)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(chǎn)障礙 許多工業(yè)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(jīng)過優(yōu)化設(shè)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(tài)監(jiān)測），有 實現(xiàn)所需的大量額外處理 輸出。圍繞高度集成的設(shè)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(jiān)測儀。 與相對簡單的g/mv輸出不同，像這樣的設(shè)備 相反，這可能提供特定于應(yīng)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(jiān)測 它們隨時間變化，并對可編程閾值做出反應(yīng) 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(gòu)想的應(yīng)用程序增加價值。在大多數(shù) 在的情況下，愿望是利用一個系統(tǒng)的運動 體驗并將該信息轉(zhuǎn)化為改進 性能（響應(yīng)時間、精度、操作速度）; 增強安全性或可靠性（在危險情況下關(guān)閉系統(tǒng) 情況）;或其他增值功能。在某些情況下，它是 缺乏運動至關(guān)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(xiàn)有的 系統(tǒng)，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(tǒng)的 功率和尺寸包絡(luò)顯然已經(jīng)固定 或必須最小化。

在某些情況下，這些系統(tǒng)的設(shè)計師不是運動的 動力學(xué)專家，從而提供完全集成的可用性 經(jīng)過校準的傳感器可能是以下方面的關(guān)鍵批準因素 選擇繼續(xù)進行這些系統(tǒng)升級。

審核編輯：郭婷