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探索航姿测量系统中的MEMS惯性器件 发布时间:2020-03-23   浏览量:163次

基于MEMS的航向姿态测量系统凭借其成本低、结构简单等优点,成为汽车电子工业、电子消费品中的关键产品,广泛应用工业自动化、大型医疗设备、智能机器人、仪器仪表、工程机械等领域,还可以应用于游戏机、音乐播放器、数码相机等电子消费类产品。


在MEMS航向姿态测量系统中以FPGA作为主处理器构成一个嵌入式的数据采集处理系统,采集MEMS陀螺仪、MEMS加速度计信号并对信号进行数字滤波,按照姿态解算算法计算载体的实时姿态和航向。

    

基于MEMS器件的航向姿态测量系统主要是由MEMS陀螺和加速度计两部分组成。微惯性测量单元为敏感X、Y、Z三个方向的直线加速度,需具有三只微机械加速度计为敏感绕X、Y、Z三个方向的旋转角速度,需具有三只微机械陀螺仪,即共需六只传感器固连在微惯性测量单元装置的支架上。

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以相互垂直位置进行安装,由于三自由度加速度计可以敏感三个方向的加速度,因此微惯性测量单元仅需一个加速度计即可微机械陀螺仪测取沿载体坐标系三个轴的角速度信号,微机械加速度计测取沿载体坐标系三个轴的加速度信号。


下图是MEMS惯性器件测量单元的安装结构图,三只单轴的MEMS陀螺仪和一只三轴MEMS加速度计分别安装在六面体的三个正交面上。X轴和Y轴是两个正交轴,Z轴与X轴、Y轴构成右手坐标系,组成测量体的三维坐标系。

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MEMS惯性器件的航向姿态测量系统的数字处理系统能够对三路陀螺仪信号、三路加速度计信号及三路温度信号的输入进行处理,包括数据采集、16位AD转换、温度补偿、降噪滤波、姿态解算等数字算法处理,最后以RS-232格式数字输出,航向姿态系统的硬件结构以及实物图如下图所示。

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加速度计是一种机电装置,包括孔、空腔、弹簧和管道,机械加工采用微加工技术。加速度计采用多层晶圆工艺,通过检测物体重心相对于固定电极的位移测量加速力。作用力导致物体发生位移,进而发生电容变化。将多个电极并联,可获得更大的电容变化,更容易检测到位移(见下图)。V1和V2连接至电容的每侧,电容分压器的中心连接到物体。

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加速度计测量沿一个或多个轴的线性加速度(单位为mV/g);陀螺仪测量角速度(单位为mV/deg/s)。加速度计的输出不响应角速度变化。


标签: 航姿测量系统

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