惯性传感器专业课件.ppt

1、惯性传感器惯性传感器专业：控制工程专业：控制工程姓名：刘凤超姓名：刘凤超教师：尚丽平教师：尚丽平Page 21.惯性传感器-定义 惯性传感器是检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DOF)运动的传感器。2.惯性传感器-构成 惯性传感器包括加速度计（或加速度传感计）和角速度传感器（陀螺）以及它们的单、双、三轴组合IMU（惯性测量单元），AHRS（包括磁传感器的姿态参考系统）。MEMS 加速度计是利用传感质量的惯性力测量的传感器，通常由标准质量块（传感元件）和检测电路组成。IMU主要由三个MEMS加速度传感器及三个陀螺和解算电路组成。Page 33.惯性传感器-分类惯性传感器分为两大

2、类：一类是角速率陀螺；另一类是线加速度计。角速率陀螺又分为：机械式干式液浮半液浮气浮角速率陀螺；挠性角速率陀螺；MEMS硅石英角速率陀螺（含半球谐振角速率陀螺等）；光纤角速率陀螺；激光角速率陀螺等。线加速度计又分为：机械式线加速度计；挠性线加速度计；MEMS硅石英线加速度计（含压阻压电线加速度计）；石英挠性线加速度计等。Page 44.惯性传感器-作用原理(1)科里奥利(Coriolis)原理：也称科氏效应（科氏力正比于输入角速率）。该原理适用于机械式干式液浮半液浮气浮角速率陀螺；挠性角速率陀螺；MEMS硅石英角速率陀螺（含半球谐振角速率陀螺）等。Coriolis法国物理学家（1792年184

3、3年）。(2)萨格纳（Sagnac）原理：也称萨氏效应（相位差正比于输入角速率）。该原理适用于光纤角速率陀螺；激光角速率陀螺等。Sagnac法国物理学家（1869年1926年），居里夫妇的朋友。1913年发明萨氏效应。Page 55.惯性传感器-应用低精度MEMS惯性传感器:作为消费电子类产品主要用在手机、GPS导航、游戏机、数码相机、音乐播放器、无线鼠标、PD、硬盘保护器、智能玩具、计步器、防盗系统。由于具有加速度测量、倾斜测量、振动测量甚至转动测量等基本测量功能，有待挖掘的消费电子应用会不断出现 Page 6中级MEMS惯性传感器:作为工业级及汽车级产品，则主要用于汽车电子稳定系统（ESP

4、或ESC）GPS辅助导航系统，汽车安全气囊、车辆姿态测量、精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪器仪表、工程机械等Page 7高精度的MEMS惯性传感器:作为军用级和宇航级产品，主要要求高精度、全温区、抗冲击等指数。主要用于通讯卫星无线、导弹导引头、光学瞄准系统等稳定性应用；飞机/导弹飞行控制、姿态控制、偏航阻尼等控制应用、以及中程导弹制导、惯性GP战场机器人等Page 86.惯性传感器-利用MEMS惯性传感器改善控制线性速率抑或角速率:惯性传感器有多种类型。MEMS（微机电系统）传感器是最完善的传感器类型之一，已经使众多应用受益。15年前，MEMS线性加速度传感器（加速度计）彻底革新

5、了汽车安全气囊系统。自此以后，从笔记本电脑硬盘保护到游戏控制器中更为直观的用户运动捕捉，各种独特的功能和应用得以实现。根据谐振器陀螺仪的原理，MEMS结构也可提供角速率检测。两个多晶硅检测结构各含一个“扰动框架”，通过静电将扰动框架驱动到谐振状态，以产生必要的运动，从而在旋转期间产生科氏力。当MEMS陀螺仪旋转时，可动指的位置变化通过电容变化进行检测，由此得到的信号送入一系列增益和解调级，产生电速率信号输出。Page 9调理和处理:在工业市场上，诸如震动分析、平台校正、一般运动控制之类的应用都需要高集成度和高可靠度的解决方案，而且在许多情况下检测元件是直接嵌入到现有设备中。此外，还必须提供足够

6、的控制、校准和编程功能，使器件真正独立自足。一些应用范例包括：机器自动化 工业机械的状态监控 移动通信和监控Page 107.产品及使用手册ADIS16480：具有动态方位输出的10自由度MEMS惯性传感器 产品详情：ADIS16480iSensor器件是一款用于动态方位检测的完整惯性系统，内置一个三轴陀螺仪、一个三轴加速度计、三轴磁力计、压力传感器和一个扩展卡尔曼滤波器(EKF)。每个惯性传感器都实现了业界领先的iMEMS技术与信号调理技术的完美结合，可提供优化的动态性能。工厂校准针对各传感器的灵敏度、偏置、对准和线性加速度（陀螺偏置）进行校准。因此，各传感器均有其自己的动态补偿公式，可提供

7、精确的传感器测量。传感器在扩展卡尔曼滤波器中进行进一步相关和处理，以提供自动自适应滤波和用户可编程调谐。Page 11因此，除了IMU输出外，器件还可在本地导航坐标系中提供稳定的四元数、欧拉常数和旋转矩阵输出。与复杂且昂贵的分立设计方案相比，ADIS16480为精确的多轴惯性检测与工业系统的集成提供了简单而高效的方法。所有必需的运动测试及校准都是工厂生产过程的一部分，大大缩短了系统集成时间。严格的正交对准可简化导航系统中的惯性坐标系对准。SPI和寄存器结构针对数据收集和配置控制提供简单的接口。ADIS16480的尺寸和连接器系统与ADIS16488相同，可大大简化升级过程。它采用约为47 mm

8、 x 44 mm x 14 mm的模块封装，配有标准连接器接口。工作温度范围为40C至+85C。Page 12应用-平台稳定、控制和指向、导航、仪器仪表、机器人参数和优势动态角度输出-四元数、欧拉常数、旋转矩阵-0.1（俯仰、滚动）和0.3（偏航）静态精度三轴数字陀螺仪，450/s动态范围-正交对准：0.05-运动中偏置稳定度：6/小时-角向随机游动：0.3/hr-非线性：0.01%三轴数字加速度计：10 gPage 13三轴数字磁力计：2.5高斯数字压力传感器：300 mbar至1100 mbar自适应扩展卡尔曼滤波器-自动协方差计算-可编程参考重定向-可编程传感器干扰水平-可配置事件驱动控制报价：$2,147.00产品实物:Page 148.MEMS惯性传感器工艺-视屏 谢谢大家！