MEMS IMU คืออะไร? หลักการ, คุณสมบัติและการใช้งานในอุตสาหกรรม

1. ภาพรวม

MEMS IMU (Micro-Electro-Mechanical System Inertial Measurement Unit) เป็นอุปกรณ์ตรวจจับความอ่อนแอขนาดเล็กในระดับชิปที่รวมจิโรสโกป MEMS ความแม่นยําสูงและเครื่องวัดความเร็ว MEMSในฐานะที่ฮาร์ดแวร์การรับรู้หลักของเครื่องมือไร้คนขับและเครื่องมือที่มีความฉลาด, MEMS IMU มีหน้าที่ในการรวบรวมข้อมูลความเร็วมุมสามแกนและความเร่งสามแกนในเวลาจริง ซึ่งเป็นแหล่งข้อมูลเดิมสําหรับการแก้ไขอารมณ์การติดตามการเคลื่อนไหวและการคํานวณการนําทางแบบ inertial.

ไม่เหมือนกับเซ็นเซอร์กลธรรมดาที่ใหญ่และระบบไจโรไฟเบอร์ออปติกราคาแพง MEMS IMU ใช้เทคโนโลยีการผลิตครึ่งตัวนําไฟฟ้าขนาดเล็กน้ําหนักเล็ก, การใช้พลังงานที่ต่ําและการผลิตจํานวนมาก ด้วยการปรับระดับแบบต่อเนื่องและการปรับปรุงอัลการิทึมที่ต่อเนื่อง MEMS IMU ระดับอุตสาหกรรมที่ทันสมัยได้บรรลุผลการทํางานที่มั่นคงอย่างมากกลายเป็นหน่วยตรวจจับอินเนอร์เซียลที่ใช้กันมากที่สุดในเครื่องบินไร้คนขับรถยนต์ที่มีความฉลาด หุ่นยนต์และอุปกรณ์ที่มีความฉลาดในอุตสาหกรรม

2การประกอบภายในและหลักการทํางาน

2.1 โครงสร้างการตรวจจับสองแกน

MEMS IMU ครบถ้วนประกอบด้วยส่วนประกอบการตรวจจับหลักสองส่วน คือ MEMS gyroscope และ MEMS accelerometer แต่ละส่วนจะจับปริมาณฟิสิกอลการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันและรวมกันสร้างระบบการรับรู้ความอ่อนแอครบครัน 6 แกน.

จีโรสโกป MEMS: ใช้ในการวัดความเร็วมุมของการหมุนของตัวนํา. มันตรวจจับความเร็วหมุนรอบแกน X, Y, และ Z ในเวลาจริง, และสะท้อนความเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของการม้วน, pitch และ yaw.มันคือเครื่องมือหลักในการตัดสินการปรับทัศนคติ, สถานะการขับเคลื่อนและความมั่นคงในการบิน

เครื่องวัดเร่ง MEMS: ใช้ในการวัดความเร่งเชิงเส้นและความเร่งแรงโน้มถ่วง สามารถรับรู้มุมสติกของตัวนําตัว, ความเร่งไดนามิก, ความช้าและการเปลี่ยนแปลงการสั่นการให้ข้อมูลพื้นฐานสําหรับการแก้ไขแนวราบและการตัดสินการเคลื่อนไหว.

2.2 ระบบการทํางานพื้นฐาน

โดยใช้หลักการของเครื่องจักรการสั่นสะเทือนขนาดเล็ก โครงสร้างขนาดเล็กภายในชิป MEMS สร้างการเปลี่ยนแปลงความจุเล็กน้อยเมื่อตัวนําเคลื่อนไหวหรือหมุนการขยาย, demodulation และค่าชําระอุณหภูมิชิปแปลงการเปลี่ยนแปลงไมโครเมกานิคในผลิตข้อมูลดิจิตอลมาตรฐาน

โดยไม่พึ่งพาการมองเห็นจากภายนอก ราดาร์ หรือสัญญาณดาวเทียม MEMS IMU สามารถส่งข้อมูลความช้าของความถี่ความถี่สูงได้โดยอิสระโดยสิ้นเชิงการติดตามสภาพการเคลื่อนไหวแบบ full-scenario.

3เทคโนโลยีการปรับปรุงประเภทอุตสาหกรรม

เซนเซอร์ MEMS ระดับผู้บริโภคมีอาการระบายอุณหภูมิสูง ความมั่นคงต่ํา และเสียงสั่นแรงMEMS IMU ระดับอุตสาหกรรมของเรานํามาใช้การปรับขนาดและอัลการิทึมที่สมบูรณ์แบบ เพื่อกําจัดความบกพร่องที่เกิดขึ้นจากชิป MEMS ทั่วไป:

• การปรับระยะอุณหภูมิเต็ม: คัดลอกการเคลื่อนไหวของความคัดแย้งศูนย์ ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงและต่ํา เพื่อให้การผลิตคงที่ในสภาพแวดล้อมการทํางานที่รุนแรง
• อัลกอริทึมการกรองสั่นสั่นแบบไดนามิก: ฟิลเตอร์เสียงสั่นสะเทือนกลความถี่สูงที่เกิดจากมอเตอร์, รอเตอร์และรถชน
• การแก้ไขความคัดค้านศูนย์ความละเอียดสูง: กําจัดความผิดพลาดสะสมระยะยาวและเพิ่มความมั่นคงในการแก้ไขทัศนคติ
• การออกข้อมูลความกว้างข่ายสูง: รองรับการตอบสนองแบบไดนามิกอย่างรวดเร็วสําหรับการเคลื่อนไหวความเร็วสูงและการเปลี่ยนแปลงท่าทางบ่อย ๆ

4ข้อดีหลักของ IMU MEMS อุตสาหกรรม

• อัลตรามิเนียทัวร์และเบาการออกแบบที่บูรณาการในระดับชิป เหมาะสําหรับ UAVs ขนาดเล็ก หุ่นยนต์และอุปกรณ์พกพาที่มีพื้นที่และภาระจํากัดอย่างเข้มงวด
• การบริโภคพลังงานต่ําปรับตัวให้เข้ากับเทอร์มินัลที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่ และยืดเวลาการทํางานของอุปกรณ์ได้มาก
• ความสามารถในการปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อมทนต่อการกระแทก, การสั่นสะเทือนและอัตราอัตราอุณหภูมิ เหมาะสําหรับอุตสาหกรรม, การติดตั้งรถยนต์, การบินและกรณีปฏิบัติการสนาม
• ค่าประสิทธิภาพสูง และผลิตเป็นจํานวนมากเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ FOG และอ่อนแอเลเซอร์, MEMS IMU รองรับการจัดจําหน่ายชุดขนาดใหญ่โดยไม่จํากัดการทดลองอุปกรณ์และการผลิตปริมาณ
• การตอบสนองแบบไดนามิกความถี่สูงจับการเปลี่ยนแปลงท่าทางอย่างรวดเร็วในเวลาจริง เพื่อให้การควบคุมเครื่องมือไร้คนขับที่มีพลังงานสูง

5ความแตกต่างระหว่าง MEMS IMU, MEMS Integrated Navigation และ FOG

MEMS IMUคืออุปกรณ์ตรวจจับเดิม, เพียงผลิตข้อมูลความเร็วมุมและความเร่ง

ระบบนําทางบูรณาการ MEMSคือระบบที่พัฒนาเป็นทางสองโดยใช้ระบบ IMU ผสมผสานกับ GNSS และอัลการิธึมในการออกอัตราการตั้งอยู่ ความเร็วและตําแหน่ง

โฟก ไฟเบอร์ออปติก อินเทอร์เชียลไนเวจชั่นเป็นอุปกรณ์ตรวจจับแสงระดับสูงที่มีการเคลื่อนไหวที่ต่ํามาก, ใช้สําหรับฉากบินและท้องทะเลที่มีความแม่นยําสูงขณะที่ MEMS IMU เน้นเรื่องฉากอุตสาหกรรมและอุปกรณ์ฉลาดขนาดใหญ่.

6. สถานการณ์การใช้งานที่กว้างขวาง

• การควบคุมการบิน UAV: ให้ข้อมูลแนวโน้มหลักสําหรับการตรวจสอบ, การสํารวจ, โลจิสติกส์และ Drones เกษตร.
• การ ขับ รถ ที่ มี สติ และ หุ่นยนต์: สนับสนุน AGV, AMR, การตั้งตําแหน่งรถยนต์อิสระความเร็วต่ําและความมั่นคง
• กิมบัลความมั่นคงและอุปกรณ์ติดตาม: กําจัดการกระแทกและทําผลิตภาพที่มั่นคงสําหรับรถและกิมบอลในอากาศ
• การติดตามเครื่องจักรกล: ทําการตรวจจับทิศทาง เตือนต่อการพลิกและการติดตามอารมณ์แบบไดนามิก
• การสํารวจและแผนที่แบบพกพา: ให้การสนับสนุนข้อมูลความถี่ความถี่สูงสําหรับเครื่องสแกน 3 มิติและอุปกรณ์เก็บสนามที่เคลื่อนไหว

7สรุป

ในฐานะหน่วยตรวจจับความอ่อนแอที่พื้นฐานที่สุดและใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอุปกรณ์ที่มีความชํานาญ MEMS IMU รับผิดชอบภารกิจหลักของการรับรู้การเคลื่อนไหวของตัวนําการบริโภคพลังงานที่ต่ําและความมั่นคงทางอุตสาหกรรมสูง, มันวางรากฐานฮาร์ดแวร์สําหรับการขับขี่โดยไม่มีคนขับขี่, โรบอตฉลาดและอุปกรณ์เศรษฐกิจความสูงต่ํา.MEMS IMU สามารถปรับปรุงเป็นระบบนําทางบูรณาการสูง, ครอบคลุมเกือบทุกฉากการใช้งานสําหรับการนําทางแบบอินเนอร์เซียลในอาคารพลเรือนและอุตสาหกรรม