MEMS IMU là gì?

1. Tổng quan

MEMS IMU (Micro-Electro-Mechanical System Inertial Measurement Unit) là một thiết bị cảm biến quán tính ở mức chip thu nhỏ tích hợp các kính quay MEMS chính xác cao và máy đo gia tốc MEMS.Là phần cứng nhận thức cốt lõi của hầu hết các thiết bị không người lái và thông minh, MEMS IMU chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu tốc độ góc ba trục và gia tốc ba trục trong thời gian thực, là nguồn dữ liệu ban đầu để giải quyết thái độ,Theo dõi chuyển động và tính toán định vị quán tính.

Khác với các cảm biến cơ học truyền thống cồng kềnh và hệ thống gyro sợi quang đắt tiền, MEMS IMU áp dụng công nghệ sản xuất bán dẫn vi điện cơ học, cho phép kích thước cực nhỏ,trọng lượng nhẹ, tiêu thụ năng lượng thấp và sản xuất hàng loạt. Với hiệu chuẩn lặp đi lặp lại liên tục và tối ưu hóa thuật toán, các IMU MEMS cấp công nghiệp hiện đại đã đạt được hiệu suất trôi dạt cực kỳ ổn định,trở thành đơn vị cảm biến quán tính được sử dụng rộng rãi nhất trong máy bay không người lái dân sự, xe thông minh, robot và thiết bị thông minh công nghiệp.

2. Thành phần nội bộ và nguyên tắc hoạt động

2.1 Cấu trúc cảm biến hai lõi

Một MEMS IMU hoàn chỉnh bao gồm hai thành phần cảm biến cốt lõi: MEMS gyroscope và MEMS accelerometer.và cùng nhau tạo thành một hệ thống cảm nhận quán tính sáu trục đầy đủ.

MEMS Gyroscope: Được sử dụng để đo tốc độ góc quay của tàu sân bay. Nó cảm nhận tốc độ quay xung quanh trục X, Y và Z trong thời gian thực, và phản ánh những thay đổi năng động của cuộn, độ cao và nghiêng.Nó là thiết bị cốt lõi để đánh giá khuynh hướng thái độ, trạng thái lái và ổn định bay.

Máy tăng tốc MEMS: Được sử dụng để đo tốc độ tuyến tính và gia tốc hấp dẫn. Nó có thể cảm nhận góc nghiêng tĩnh của người mang, gia tốc động, chậm và rung động thay đổi,cung cấp dữ liệu cơ bản cho sửa chữa ngang và phán đoán chuyển động.

2.2 Cơ chế làm việc cơ bản

Dựa trên nguyên tắc cơ học rung động vi mô, cấu trúc vi mô bên trong của chip MEMS tạo ra những thay đổi công suất nhỏ khi máy mang chuyển động hoặc quay.tăng cường, demodulation và bù nhiệt độ, chip chuyển đổi các thay đổi vi cơ học thành đầu ra dữ liệu kỹ thuật số tiêu chuẩn.

Không phụ thuộc vào bất kỳ hình ảnh bên ngoài, radar hoặc tín hiệu vệ tinh, MEMS IMU có thể phát ra dữ liệu quán tính tần số cao hoàn toàn độc lập, nhận ra mọi thời tiết,giám sát trạng thái chuyển động toàn kịch bản.

3Công nghệ tối ưu hóa công nghiệp

Các cảm biến MEMS cấp tiêu dùng bị biến động nhiệt độ lớn, ổn định thấp và tiếng động rung động nghiêm trọng.MEMS IMU cấp công nghiệp của chúng tôi áp dụng hiệu chuẩn toàn diện và tối ưu hóa thuật toán để loại bỏ các khiếm khuyết vốn có của chip MEMS thông thường:

• Định chuẩn phạm vi nhiệt độ đầy đủ: Bồi thường trượt thiên vị bằng không dưới sự thay đổi nhiệt độ cao và thấp để đảm bảo hiệu suất ổn định trong môi trường làm việc cực đoan.
• thuật toán lọc rung động động: lọc tiếng ồn rung động cơ học tần số cao do động cơ, rotor và xe va chạm.
• Sự điều chỉnh thiên vị bằng không chính xác cao: Loại bỏ các lỗi tích lũy lâu dài và cải thiện sự ổn định giải quyết thái độ.
• Khả năng đầu ra dữ liệu băng thông cao: Hỗ trợ phản ứng năng động nhanh cho cơ động tốc độ cao và thay đổi thái độ thường xuyên.

4Ưu điểm chính của IMU MEMS công nghiệp

• cực nhỏ và nhẹThiết kế tích hợp ở mức chip, phù hợp với UAV nhỏ, robot và thiết bị di động với giới hạn không gian và tải trọng nghiêm ngặt.
• Tiêu thụ năng lượng thấpĐiều chỉnh với các thiết bị đầu cuối thông minh di động chạy bằng pin, kéo dài đáng kể thời gian làm việc của thiết bị.
• Khả năng thích nghi với môi trườngChống sốc, rung động và biến động nhiệt độ, phù hợp với các kịch bản hoạt động công nghiệp, gắn trên xe, trên không và trên chiến trường.
• Hiệu suất chi phí cao & sản xuất hàng loạtSo với các thiết bị quán tính FOG và laser, MEMS IMU hỗ trợ triển khai hàng loạt quy mô lớn mà không hạn chế lặp lại thiết bị và sản xuất khối lượng.
• Phản ứng động tần số caoKhám phá sự thay đổi thái độ nhanh chóng trong thời gian thực, đảm bảo kiểm soát ổn định của thiết bị không người lái năng động cao.

5Sự khác biệt giữa MEMS IMU, MEMS Integrated Navigation và FOG

MEMS IMUlàThiết bị cảm biến gốc, chỉ xuất dữ liệu tốc độ góc và gia tốc.

Hệ thống định vị tích hợp MEMSlà mộthệ thống phát triển thứ cấpDựa trên IMU, hợp nhất với GNSS và các thuật toán để đầu ra thái độ, vận tốc và vị trí.

FOG Fiber Optic Inertial Navigationlà một thiết bị cảm biến quang cao cấp với độ trôi cực thấp, được sử dụng cho các kịch bản hàng không vũ trụ và hàng hải chính xác cao,trong khi MEMS IMU tập trung vào các kịch bản thiết bị thông minh công nghiệp và dân sự quy mô lớn.

6. Các kịch bản ứng dụng rộng

• Điều khiển bay UAV: Cung cấp dữ liệu thái độ cốt lõi cho máy bay không người lái kiểm tra, khảo sát, hậu cần và nông nghiệp.
• Lái xe thông minh và robot: Hỗ trợ AGV, AMR, vị trí xe tự trị tốc độ thấp và ổn định tư thế.
• Đường dây ổn định và thiết bị giám sát: Loại bỏ jitter và nhận ra đầu ra hình ảnh ổn định cho xe và gimbal trên không.
• Giám sát máy móc kỹ thuật: Thực hiện phát hiện nghiêng, cảnh báo chống lật và giám sát thái độ năng động.
• Khảo sát và lập bản đồ di động: Cung cấp hỗ trợ dữ liệu quán tính tần số cao cho thiết bị quét 3D di động và thu thập trường.

7. Tóm lại

Là đơn vị cảm biến quán tính cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp thiết bị thông minh, MEMS IMU thực hiện nhiệm vụ cốt lõi của nhận thức chuyển động của tàu sân bay.tiêu thụ năng lượng thấp và ổn định công nghiệp cao, nó đặt nền tảng phần cứng cho lái xe không người lái, robot thông minh và thiết bị kinh tế độ cao thấp.MEMS IMU có thể được nâng cấp thành các hệ thống định vị tích hợp hiệu suất cao, bao gồm hầu hết các kịch bản ứng dụng điều hướng quán tính dân sự và công nghiệp.