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惯性测量单元(IMU)中的两大核心部件

作者:admin  更新时间:2017-08-01
我们知道的无人机的核心就是惯性导航,实际上惯性导航是有惯性测量单元和其它部件组成,其中惯性测量单元(IMU)由两个核心部件组成,它们分别是加速度计和陀螺仪,加速度计测量载体的移动加速度,陀螺仪测量载体的转动,它们的共同协作确定了载体的位置。本文讲对两个核心部件进行讲解。
  1、加速度计
  加速度计概述
  加速度计是惯性导航系统的核心元件之—。依靠它对比力的测量,完成惯导系统确定载体的伙置、速度以及产生跟踪信号的任务。载体加速度的测量必须十分准确地进行,而且是在由陀螺稳定的参考坐标系中进行。在不需要进行高度控制的惯导系统中,只要两个加应度计就可以完成上述任务,否则是应该有三个加速度计。加速度计的基本工作原理为牛顿第二定律。
  加速度计种类
  按照输入与输出的关系可分为普通型、积分性和二次积分型
  按物理原理可分为摆式和非摆式,摆式加速度计包括摆式积分加速度计、液浮摆式加速度计和挠性摆式加速度计,非摆式加速度计包括振梁加速度计和静电加速度计
  按测量的自由度可分为单轴、双轴、三轴;按测量精度可分为高精度(优于10-4 m/s2)、中精度(10-2/s2--10-3m/s2 )和低精度(低于0.1m/s2 )三类。
  加速度计应用
  此外,MEMS技术的发展促使微加速度计制作技术越来越成熟,国内外都将微加速度计开发作为MEMS技术产品化的优先项目。与通常的加速度计相比,微加速度计具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高等优点,因此可被广泛运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域,也给微加速度计的发展带来了新的机遇。
  2、陀螺仪
  陀螺仪概述
  陀螺仪是安装在框架中绕回转体的对轴高速旋转的物体。陀螺仪具有稳定性和进动性,利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS等技术被引入陀螺仪的研制,现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置称为陀螺。
  陀螺仪种类
  按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪;
  按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺,液浮、气浮与磁浮陀螺,挠性陀螺(动力调谐式挠性陀螺仪),静电陀螺;
  按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺,和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。
  陀螺仪应用
  在惯性导航系统的应用中,陀螺仪分别被用做平台式惯导系统和捷联式惯导系统的敏感元件。
  在平台式惯导系统中,用陀螺来稳定装有加速度计的平台,而产生平台漂移的主要因素是陀螺漂移,因此,对陀螺漂移值的大小提出一定的限制。
  对于捷联式惯性导航系统,除了上述的要求之外,还必须对陀螺仪提出速率范围,标度系数的精度、带宽等特殊要求。
  最后,惯性测量单元(IMU)已经广泛应用多个行业,在我国属于高速发展期,从无人机到无人快递机器人,对各方面的要求都在提高,智腾微电子研发的MEMS惯导LH22,采用高可靠性的三轴硅微MEMS陀螺仪、三轴硅微MEMS加速度计GPS/BDⅡ双模卫星导航接收机,通过多项补偿技术保证惯性元器件的测量精度,采用卡尔曼滤波最优融合技术保证了系统在动态条件下的最优导航性能,已经在军工、无人机市场广泛应用。