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傳感需求多變，MEMS器件集合體IMU如何應(yīng)對(duì)

返回列表 來(lái)源：霍爾元件 瀏覽： 發(fā)布日期：2023-08-01 09:25:06【大 中 小】
在運(yùn)控領(lǐng)域，IMU一直都是核心的傳感器件，想要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)，IMU提供的速度信息是必不可少的。尤其是近年來(lái)自動(dòng)駕駛、無(wú)人駕駛等話(huà)題的高漲，IMU覆蓋的應(yīng)用也是越來(lái)越廣。
MEMS重要類(lèi)別——IMU
 
慣性測(cè)量單元一直是MEMS市場(chǎng)里重要的產(chǎn)品類(lèi)型，主要包括加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。如今，由分立的慣性測(cè)量單元組合成的三軸、六軸、九軸IMU，將加速度傳感器、陀螺儀、磁傳感器等MEMS器件集成在一起，以滿(mǎn)足生產(chǎn)廠商更小體積、更低成本的要求。
慣性傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景隨著其精度級(jí)別的差異有著嚴(yán)格的區(qū)分。低精度級(jí)別的IMU，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子中的各種設(shè)備，尤其是現(xiàn)在越來(lái)越多電子設(shè)備配置了運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等類(lèi)似的功能，這些功能都需要用到慣性傳感。
中等精度級(jí)別的慣性傳感，在汽車(chē)ESP、ADAS和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中很常見(jiàn)。汽車(chē)正在朝著高等級(jí)自動(dòng)駕駛升級(jí)，自動(dòng)駕駛車(chē)輛想要實(shí)現(xiàn)對(duì)道路狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，前提就是自動(dòng)駕駛汽車(chē)必須具備超強(qiáng)的檢測(cè)感知能力。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是L3及以上等級(jí)自動(dòng)駕駛車(chē)輛不可或缺的模塊，其特點(diǎn)是更新頻率高，能夠在GPS、GNSS、5G等外部信號(hào)不佳時(shí)通過(guò)自身運(yùn)動(dòng)信息實(shí)現(xiàn)定位。
當(dāng)然目前熱門(mén)的汽車(chē)應(yīng)用中，單一慣性傳感仍然是不夠的，因?yàn)橛袀€(gè)缺點(diǎn)，即誤差會(huì)隨著時(shí)間的推進(jìn)而增加，所以單一慣性傳感只能短時(shí)用于定位。常見(jiàn)的是GPS＋I(xiàn)MU的方案，機(jī)器視覺(jué)、UWB、激光雷達(dá)等各種傳感定位技術(shù)與IMU的融合進(jìn)化也在自動(dòng)駕駛中發(fā)揮出重要作用。
超高精度的慣性傳感，則屬于軍工和航空航天級(jí)應(yīng)用。各種精度級(jí)別的慣性傳感，在不同應(yīng)用中提供了相對(duì)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)信息，可以說(shuō)離開(kāi)了慣性傳感器，運(yùn)動(dòng)測(cè)量定位就無(wú)從談起。
MEMS器件的集合，IMU如何發(fā)展
 
 
MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀是基礎(chǔ)的IMU組成器件，IMU發(fā)展到現(xiàn)在，也已經(jīng)不局限于這兩類(lèi)器件。現(xiàn)在的很多IMU會(huì)將加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、磁傳感器等等器件和信號(hào)處理電路等功能零件集成在硅芯片內(nèi)，實(shí)現(xiàn)“芯片級(jí)導(dǎo)航”。
MEMS加速度計(jì)是測(cè)量運(yùn)載體加速度的器件，本質(zhì)上它是一個(gè)一自由度的振蕩系統(tǒng)，是MEMS領(lǐng)域非常成熟的一類(lèi)器件。
MEMS加速度計(jì)一般走電容路線，相比傳統(tǒng)電容加速度計(jì)已經(jīng)在小尺寸、低功耗和更快的頻率響應(yīng)上做得越來(lái)越好。精度上不管是內(nèi)部集成ADC還是外部配置ADC，都已經(jīng)可以做的很高。
MEMS陀螺儀則用于角速率測(cè)量，其原理與加速度計(jì)工作原理相似，陀螺儀的上層活動(dòng)金屬與下層金屬形成電容?，F(xiàn)在的MEMS陀螺儀在分辨率和靈敏度上都在做進(jìn)一步提升。
作為各種MEMS器件的集合，IMU除了在精度上更進(jìn)一步，低功耗的轉(zhuǎn)變尤為突出。尤其是中小型應(yīng)用，對(duì)低功耗的需求十分明顯。目前在IMU領(lǐng)域，低功耗的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，如何獨(dú)立于處理器進(jìn)行檢測(cè)并保持低功耗，是現(xiàn)在每個(gè)IMU廠商都在突破的。
除此之外，為了彌補(bǔ)IMU天生因?yàn)樽允研栽谄啤⒄`差上的劣勢(shì)，融合其他傳感技術(shù)也是廠商們保證精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)相當(dāng)常見(jiàn)的一種辦法。硬件上需要將IMU與其他特色各異的傳感器進(jìn)行融合補(bǔ)足，算法層面上也需要著力去優(yōu)化零漂等問(wèn)題。單一IMU總是會(huì)有缺陷的，融合傳感是未來(lái)汽車(chē)等熱門(mén)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的發(fā)展方向。
小結(jié)
 
傳感器作為感知外界信息的媒介，不管是在消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)還是更高精度的應(yīng)用市場(chǎng)都有著不可替代的重要價(jià)值。IMU作為運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的核心傳感器，給極度依賴(lài)外部數(shù)據(jù)的系統(tǒng)提供了至關(guān)重要的輔助數(shù)據(jù)，在新興市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，IMU也在融合技術(shù)路線上走得更遠(yuǎn)了。