分析問題

來自慣性傳感器的信息經過處理和積分後

，可以提供許多不同類型的運動、位置和方向輸出（見圖1）。每(mei)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)運(yun)動(dong)都(dou)涉(she)及(ji)到(dao)一(yi)係(xi)列(lie)應(ying)用(yong)相(xiang)關(guan)的(de)複(fu)雜(za)因(yin)素(su)
，對(dui)此(ci)必(bi)須(xu)加(jia)以(yi)了(le)解(jie)。工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)應(ying)用(yong)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)好(hao)的(de)例(li)子(zi)，某(mou)種(zhong)形(xing)式(shi)的(de)指(zhi)向(xiang)或(huo)轉(zhuan)向(xiang)設(she)備(bei)對(dui)這(zhe)些(xie)應(ying)用(yong)十(shi)分(fen)有(you)用(yong)。傾(qing)斜(xie)或(huo)角(jiao)度(du)檢(jian)測(ce)常(chang)常(chang)是(shi)此(ci)類(lei)應(ying)用(yong)的(de)核(he)心(xin)任(ren)務(wu)，在(zai)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)範(fan)例(li)中(zhong)
，機(ji)械(xie)氣(qi)泡(pao)傳(chuan)感(gan)器(qi)便(bian)可(ke)滿(man)足(zu)需(xu)要(yao)。然(ran)而(er)，在(zai)明(ming)確(que)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)求(qiu)之(zhi)前(qian)，需(xu)要(yao)分(fen)析(xi)最(zui)終(zhong)係(xi)統(tong)的(de)完(wan)整(zheng)運(yun)動(dong)動(dong)力(li)學(xue)特(te)性(xing)


、環境、壽命周期和可靠性預期。
 

 
圖1：當今的慣性傳感器能夠檢測多種運動類型

如果係統的運動相對而言為靜態，簡單的角度傳感器可能就足夠了

，但實際的技術決策取決於響應時間、衝擊和震動、尺寸、整個使用壽命期間的性能漂移。此外，許多係統涉及到多種類型的運動（如旋轉和加速度等），而er且qie往wang往wang在zai多duo個ge軸zhou上shang工gong作zuo，這zhe就jiu需xu要yao考kao慮lv將jiang多duo種zhong類lei型xing的de傳chuan感gan器qi結jie合he在zai一yi起qi。一yi旦dan知zhi道dao正zheng確que的de傳chuan感gan器qi類lei型xing和he技ji術shu後hou，挑tiao戰zhan便bian轉zhuan移yi到dao了le解jie和he最zui終zhong補bu償chang傳chuan感gan器qi對dui環huan境jing（溫度、震動、衝擊、安裝位置、時間和其他變量）的反應。環境補償涉及到額外的電路、測試
、xiaozhunhedongtaitiaozheng
，ermeizhongleixingdechuanganqi
，shenzhimeigechuanganqidoushiduyiwuerde，yincizheyouhuidailaibuchangbuzuhuoguodudeewaifengxian
，chufeigongchengshifeichanglejiechuanganqitexing。zuihouzheyidianqushixuduoshejigongchengshicaiyongwanquanjichengdechuanganqijiejuefangan
，yibianxiaochuyunyongheshishiguochengzhongdezhangai。

線性速率抑或角速率

慣性傳感器有多種類型。MEMS（微機電係統）傳感器是最完善的傳感器類型之一
，已經使眾多應用受益。15年前，MEMS線性加速度傳感器（加速度計）徹che底di革ge新xin了le汽qi車che安an全quan氣qi囊nang係xi統tong。自zi此ci以yi後hou

，從cong筆bi記ji本ben電dian腦nao硬ying盤pan保bao護hu到dao遊you戲xi控kong製zhi器qi中zhong更geng為wei直zhi觀guan的de用yong戶hu運yun動dong捕bu捉zhuo，各ge種zhong獨du特te的de功gong能neng和he應ying用yong得de以yi實shi現xian。根gen據ju諧xie振zhen器qi陀tuo螺luo儀yi的de原yuan理li，MEMS結構也可提供角速率檢測。兩個多晶矽檢測結構各含一個“擾動框架”
，通過靜電將擾動框架驅動到諧振狀態，以產生必要的運動，從而在旋轉期間產生科氏力。在各框架的兩個外部極限處（與擾動運動正交）是可動指，放在固定指之間，形成一個容性撿拾結構來檢測科氏運動。當MEMStuoluoyixuanzhuanshi，kedongzhideweizhibianhuatongguodianrongbianhuajinxingjiance，youcidedaodexinhaosongruyixiliezengyihejietiaoji，chanshengdiansulvxinhaoshuchu。mouxieqingkuangxia，gaixinhaohaihuijingzhuanhuan
，songruyigezhuanyoushuzixiaozhundianlu。

傳感器內核周圍的集成度和校準由最終性能要求決定，但在許多情況下，可能需要進行運動校準

，以便實現最高的性能水平和穩定性。

調理和處理

在工業市場上
，諸如震動分析
、平台校正、一(yi)般(ban)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)之(zhi)類(lei)的(de)應(ying)用(yong)都(dou)需(xu)要(yao)高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)和(he)高(gao)可(ke)靠(kao)度(du)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，而(er)且(qie)在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)檢(jian)測(ce)元(yuan)件(jian)是(shi)直(zhi)接(jie)嵌(qian)入(ru)到(dao)現(xian)有(you)設(she)備(bei)中(zhong)。此(ci)外(wai)，還(hai)必(bi)須(xu)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)的(de)控(kong)製(zhi)、校準和編程功能，使器件真正獨立自足。一些應用範例包括：

機器自動化：通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)位(wei)置(zhi)檢(jian)測(ce)精(jing)度(du)，並(bing)且(qie)更(geng)加(jia)嚴(yan)格(ge)地(di)將(jiang)此(ci)信(xin)息(xi)與(yu)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)或(huo)編(bian)程(cheng)設(she)置(zhi)的(de)運(yun)動(dong)相(xiang)關(guan)聯(lian)，可(ke)以(yi)使(shi)自(zi)治(zhi)或(huo)遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)的(de)精(jing)密(mi)儀(yi)器(qi)和(he)機(ji)械(xie)臂(bi)更(geng)加(jia)精(jing)確(que)、有效。

工業機械的狀態監控：通過將傳感器更深地嵌入機械內部

，並且借由傳感器性能和嵌入式處理而更早、更準確地掌握狀態變化的跡象
，可以獲得更實用的價值。

移動通信和監控：無論是陸地
、航空還是海上交通工具，慣性傳感器都有助於其實現穩定（天線和相機）和定向導航（利用GPS和其他傳感器進行航位推算）。

工業檢測市場異常紛繁多樣，必須通過集成嵌入式可調特性，如數字濾波、采樣速率控製
、狀態監控
、電源管理選項和專用輔助I/O功能等，來支持各種不同的性能、jichengduhejiekouyaoqiu。zaiqitagengfuzadeqingkuangxia，haixuyaocaiyongduogechuanganqiheduozhongleixingdechuanganqi。jishikanqilaihenjiandandeguanxingyundong
，lirujinxianyuyigehuolianggezhoudeyundong，yekenengxuyaotongshicaiyongjiasudujihetuoluoyijiancelaibuchangzhongli、震動及其他不符常規的行為和影響。

傳(chuan)感(gan)器(qi)還(hai)可(ke)能(neng)具(ju)有(you)交(jiao)叉(cha)靈(ling)敏(min)度(du)，很(hen)多(duo)時(shi)候(hou)需(xu)要(yao)對(dui)此(ci)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)，即(ji)使(shi)無(wu)須(xu)補(bu)償(chang)，至(zhi)少(shao)也(ye)需(xu)要(yao)加(jia)以(yi)了(le)解(jie)。此(ci)外(wai)，慣(guan)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)存(cun)在(zai)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)的(de)標(biao)準(zhun)，這(zhe)使(shi)得(de)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)的(de)解(jie)決(jue)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)。當(dang)指(zhi)定(ding)角(jiao)速(su)率(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)要(yao)求(qiu)時(shi)，多(duo)數(shu)工(gong)業(ye)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)主(zhu)要(yao)關(guan)心(xin)的(de)是(shi)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)穩(wen)定(ding)性(xing)（隨時間發生的偏置估算），消費級陀螺儀通常不會規定這一特性。如果傳感器的線性加速度性能較差，那麼即使0.003°/s的良好陀螺儀偏置穩定性也可能毫無意義。例如
，假設線性加速度特性為0.1°/s/G，在旋轉±90° （1 G）的簡單情況下

，這將給0.003°/s的偏置穩定性增加0.1°的誤差。加速度計通常與陀螺儀一起使用，以便檢測重力影響，並且提供必要的信息來驅動補償過程。

為(wei)了(le)優(you)化(hua)傳(chuan)感(gan)器(qi)性(xing)能(neng)並(bing)盡(jin)可(ke)能(neng)縮(suo)短(duan)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)，需(xu)要(yao)深(shen)入(ru)了(le)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)靈(ling)敏(min)度(du)和(he)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)。校(xiao)準(zhun)計(ji)劃(hua)可(ke)以(yi)針(zhen)對(dui)影(ying)響(xiang)最(zui)大(da)的(de)因(yin)素(su)進(jin)行(xing)定(ding)製(zhi)
，從(cong)而(er)減(jian)少(shao)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)和(he)補(bu)償(chang)算(suan)法(fa)開(kai)銷(xiao)。麵(mian)向(xiang)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)適(shi)當(dang)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)必(bi)要(yao)的(de)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)
，如(ru)果(guo)具(ju)備(bei)高(gao)性(xing)價(jia)比(bi)並(bing)且(qie)提(ti)供(gong)現(xian)成(cheng)可(ke)用(yong)的(de)標(biao)準(zhun)係(xi)統(tong)接(jie)口(kou)
，這(zhe)些(xie)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)能(neng)消(xiao)除(chu)許(xu)多(duo)工(gong)業(ye)客(ke)戶(hu)過(guo)去(qu)所(suo)麵(mian)臨(lin)的(de)實(shi)施(shi)和(he)生(sheng)產(chan)障(zhang)礙(ai)。

加速度、震動分析

在一些應用案例中，相對簡單的傳感器輸出可能就足夠了
，但在另一些應用中（例如，通過震動分析進行狀態監控），則需要增加相當多的處理過程才能實現所需的輸出。圍繞慣性傳感器而構建的一個高集成度器件示例是ADIS16227（見圖2），它是一款完全自治的頻域震動監控器。此類器件可能不提供相對簡單的g/mV輸出，而是提供特定應用分析。在本例中

，其嵌入式頻域處理、512點實值FFT和片上存儲器能夠識別各震動源並進行歸類
，監控其隨時間的變化情況，並根據可編程的閾值做出反應。
 

圖2 ：控製說明圖
 

nenggoujiancehelejieyundongkenengduijihusuoyoushexiangdaodelingyudoujuyouyingyongjiazhi。daduoshuqingkuangxia
，renmenxiwangzhangkongyigexitongfashengdeyundong
，bingliyonggaixinxitigaoxingneng（響應時間、精度、工作速度等），增強安全性或可靠性（係統在危險情況下關機）
，或huo者zhe獲huo得de其qi他ta增zeng值zhi特te性xing。但dan在zai某mou些xie情qing況kuang下xia，不bu運yun動dong才cai是shi至zhi關guan重zhong要yao的de
，因yin此ci傳chuan感gan器qi可ke用yong來lai檢jian測ce不bu需xu要yao的de運yun動dong。這zhe些xie特te性xing或huo性xing能neng升sheng級ji往wang往wang在zai現xian有you係xi統tong上shang實shi施shi，考kao慮lv到dao最zui終zhong係xi統tong的de功gong耗hao和he尺chi寸cun已yi確que定ding

，或huo者zhe必bi須xu最zui小xiao化hua，MEMSguanxingchuanganqidexiaochicunhedigonghaotexingwuyijijuxiyinli。mouxieqingkuangxia，zhexiexitongdeshejirenyuanbushiyundongdonglixuefangmiandezhuanjia，yinci，zaijuedingshifoujinxingxitongshengjishi，wanquanjichenghexiaozhundechuanganqicunzaiyufoukenengshizuiguanjiandeyinsu。