無人機不斷進步離不開MEMS慣性傳感器

  • 電子發燒友網
  • 2019-12-04 10:39:40

無論是從市場規模上還是應用空間上來看,無人機行業充滿了勃勃的生氣,新的應用層出不窮,幾乎每天都會出現。從投遞郵件或包裹、供小孩和老人玩樂、安全監控,到農業或工業現場管理、航空攝像,無人機的應用越來越廣,越來越普遍。

最初,大多數無人機頂多算是一些相對簡單的玩具。但是,隨著無人機技術的不斷更新換代,它們的飛行能力得以顯著改善,它們變得更加安全、更加穩定,也更加易于控制了,從而使得它們能夠在現實生活中找到更廣闊的應用空間。

在推動無人機不斷進步的諸多因素中,高性能微機電系統(MEMS)傳感器是至關重要的關鍵因素。MEMS推動了無人機的迅速普及,反過來,無人機的火熱也推動了MEMS傳感器市場的快速增長。

根據IHS Markit(消費者和移動設備運動傳感器 - 2017年)的研究數據,到2021年,無人機和玩具直升機中MEMS運動傳感器(即加速度計、陀螺儀、IMU和壓力傳感器)的整體市場預計將達到約7000萬臺,對應2018-2021年間的年復合增長率為17%。

在慣性MEMS傳感器的幫助下,無人機可以在飛行期間保持方向穩定,可交由用戶精確控制,甚至可以自動飛行。但是,依然存在一些挑戰讓無人機系統變得復雜化,比如電機沒有經過完美的校準和合適的校正,有效載荷不同會影響系統的動態性能,外在飛行條件可能會發生急劇的改變,或者傳感器本身也可能引入誤差,從而導致無人機在方向的把控上出現偏差,并最終導致飛行導航期間的位置偏差,嚴重時可能對無人機造成損壞。

在無人機超越玩具定位而更上一層樓的進化過程中,高品質的MEMS傳感器和先進的軟件至關重要。無人機的慣性測量單元(IMU)、氣壓傳感器、地磁傳感器、專用傳感器節點(ASSN)和傳感器數據融合的精度都對其飛行性能有直接和實質性的影響。

此外,來自尺寸的限制,以及苛刻的環境和操作條件(如溫度變化和振動)都對傳感器提出了更高的要求。部署在無人機中的MEMS傳感器必須盡可能地減少這些影響,并提供精確、可靠的測量結果。

為了實現出色的飛行性能,離不開多個層面的密切配合。需要優化傳感器校準和數據融合等軟件算法,巧妙地進行機械系統設計,以減少振動,并根據無人機制造商的要求和特定需求選擇MEMS傳感器。本文主要關注MEMS傳感器,以下給出一些例子。

無人機的核心是姿態航向參考系統(AHRS),其中包括慣性傳感器、磁力計和處理單元。 AHRS估計無人機飛行的方向,處理滾動、俯仰和偏航角等信息。元件偏移、靈敏度存在誤差或者熱噪聲導致的漂移可能會使得傳感器無法給出準確的數據,從而導致方向錯誤。圖一顯示了以加速度計偏移做為自變量、以方向誤差為函數的曲線,當加速度計偏移僅為20 mg時,無人機的方向出現了整整1度的誤差,這通常是傳感器誤差鏈中的最大影響因素。

慣性測量單元(IMU)

IMU包括加速度傳感器和陀螺儀,并具有嵌入式處理能力,它能夠判定物體的線性移動和旋轉運動。

博世傳感器技術公司的BMI088是一款6軸IMU,集成了低噪聲的16位加速度計和低漂移的16位陀螺儀。它的高精度來自于博世公司在高端汽車傳感器技術上的長期積累,汽車級傳感器可以在長時間內提供出色的偏置和溫度穩定性,面對高度振動也很穩定,從而順理成章地成為無人機的理想選擇。

分享到:
?
  • 至少輸入5個字符
  • 表情

 

聯系郵箱:553 138 [email protected] 法律支持:廣東海新律師事務所 劉海濤 律師

粵ICP備18023326號-36未經授權不得鏡像、轉載、摘抄本站內容,違者必究!Copyright 2016 IGDZC. All Rights Reserved

廣東之窗 版權所有


股票什么趋势说明要上涨