如何通过集成MEMS惯性传感器来改进工业控制？

MEMS惯性传感器完全集成和校准的可用性可能是选择系统升级的关键因素，例如平台稳定性MEMS线性速度传感器(加速度计)彻底改变了15年前汽车安全气囊系统的行业。大多数工业系统设计师在指定惯性传感器时，主要关注陀螺仪的稳定性(随时间推移的偏置估计)，通常不指定在消费级陀螺仪中。

MEMS惯性传感器完全集成和校准的可用性可能是选择系统升级的关键因素，例如平台稳定、工业机械运动控制、安全/监控设备、机器人、工业车辆导航和机械调平。

最近，ADM3491AR传感器技术的发展正在实现工业系统设计的革命性改进。惯性传感器可以潜在改善的应用 系统性能包括平台稳定、运动工业机械、安全/监控设备的控制， 机器人、工业车辆导航和机械 水准。这种传感器提供的运动信息不仅能提高性能，还能提高性能和可靠性、安全性和拥有成本。

但要想得到这些，就必须克服障碍优势，尤其是在恶劣的物理环境中，很多工业应用，其中温度、振动、有限的空间必须解决其他因素。从传感器中提取一致的数据，将其转化为有用的数据信息，需要包括精心设计和实践在内的许多技术领域的工程师在系统时间内做出反应和功率预算。

了解问题

来自惯性传感器的信息可以被处理和整合，导出许多不同类型的运动、位置、以及方向输出。每种类型的运动都需要广泛理解相关的复杂性范围。一个很好的例子是，工业控制某种形式的指向或转向的应用设备非常有用。倾斜或角度感应通常位于此类应用的核心，以及最简单的化身。管道中的机械气泡或球形传感器可能就足够了。然而，在指定传感器需求之前，全运动动力学、环境、终端系统必须分析生命周期和可靠性。如果系统的运动相对静止，一个简单的角度传感器就足够了；但是响应时间、冲击和振动、随着使用寿命的推移，尺寸和性能将推动实际技术的发展。此外，许多系统涉及多种运动类型(如旋转加速度)，并且经常在多个轴上运行，因此需要将多种传感器类型组合起来进行驱动。

一知道传感器的正确类型和技术，就能挑战转向理解，最后对传感器对环境的反应(温度、振动)进行补偿。.冲击.安装位置.时间和其它变量)。这种环境补偿涉及额外的电路.测试.校准和动态调整。因为每一种传感器类型，最终每一种传感器都是独一无二的，除非完全理解传感器的特性，否则会有补偿不足或过度补偿的额外风险。最后一点是驱使很多设计师采用更多原因完全集成的传感器解决方案，可以减少障碍的采用和实施。

惯性传感器组件：线性速率和角速传感器

有几种惯性传感器。微型机电系统(微型机电系统)传感器技术是其中最成熟、应用广泛的一种。MEMS线性速度传感器(加速度计)彻底改变了15年前汽车安全气囊系统的行业。从此，他们在笔记本电脑上实现了独特的硬盘保护功能和更直观的用户动作捕捉控制器。

MEMS基于谐振器陀螺仪的原理，结构还可以提供角速率检测。两个多晶硅的每个传感结构都包含一个振动框架，即静电驱动共振。这将产生必要的运动，在旋转过程中产生科里奥利效应。在每帧的两个外极端处，正交在振动运动中，手指可以放置在固定之间，形成电容式拾取结构，可以感应科里奥利的运动。当MEMS陀螺旋转时，通过改变移动手指的位置来检测电容，并将产生的信号发送到一系列增益和产生电速的解调级信号输出中。在某些情况下，有特殊的信号和信号

最终性能要求决定了传感器周围的集成和校准水平核心，但在很多情况下，可能需要运动校准才能达到最高性能和稳定性。

产业环境：集成信号调节和传感器处理

振动等应用分析在工业市场中的应用，平台调平和一般运动控制需要高度集成和可靠的解决方案。在这种情况下，许多传感元件直接嵌入现有设备中。提供足够的控制.校准和编程功能，使设备真正独立。有些应用示例包括：

1、工业机械状态监测:可以从能力中获得更多的实质性价值，将传感器深度嵌入机器中，更早获得更加准确地表达病情和传感器的性能以及嵌入式治疗。

2、机器自动化:通过改进，自主或远程控制精密仪器和机械臂可以变得更准确、更高效、更准确，并将其与远程控制或编程运动密切相关。

3、移动通信与监控：是否开启 陆基、空中或海上车辆，惯性传感器可以帮助稳定(天线和摄像头)或方向引导(使用GPS计算航位等传感器)。

因为工业传感市场很多样化，所以需要广泛的性能、集成度和 必须通过集成来容纳的接口 嵌入式可调功能，如数字滤波、采样率 控制、状态监测、电源管理 选项和特定于应用程序的辅助 I/O 功能。在其他更复杂的场景中，使用多个传感器需要传感器类型。即使看似简单的惯性运动仅限于在一两个轴上运动，也可能需要加速度计和陀螺仪来检测和补偿重力。.振动和其它不规则和影响。

此外，传感器还可以具有交叉灵敏度，最小化，必须理解，并经常补偿。不同的标准使得惯性传感器规格更难使用。大多数工业系统设计师在指定惯性传感器时，主要关注陀螺仪的稳定性(随时间推移的偏置估计)，通常不指定在消费级陀螺仪中。甚至一个好的陀螺仪偏置稳定性(0.003度/秒)如果传感器性能不好，线性加速度就没有意义了。例如，0.1 度/秒/g 会使 0.1 度的误差增加 偏置稳定性规格为 0.003 度/秒，在简单环境中 旋转 ±90 度 （1 克）。一般情况下，加速度计和陀螺仪结合使用检测重力的影响，提供促进工资流程的必要信息。

优化传感器的性能，最大限度地减少开发时间，需要对两种传感器的灵敏度有深入的了解和应用环境。校准计划可以量身定制，以解决最具影响力的元素，从而最大限度地减少测试时间和补偿算法的成本。如果制造经济高效，采用标准，系统就绪接口，以应用为中心的解决方案，结合必要信号处理的适当传感器，可以消除许多工业客户过去面临的实施和生产障碍。

通过加速提供振动分析

在某些情况下，通过优化设计，传感元件与基本传感器输出相对接近，而在其他传感器输出(带振动分析的状态监测)中，有大量额外的处理输出。ADI公司的惯性传感器围绕高度集成的设备示例ADIS16227(图1)，完全独立的频域振动监测器。相对简单的g/mv不同的输出，相反，这样的设备可能会提供特定应用程序的分析。在这种情况下，512点真正的价值FFT和板载存储提供了单个振动源的识别和分类，监控它们随着时间的推移而变化，并对可编程阈值做出反应。

图1.ADIS16227原理框图

测试和理解运动的能力有潜力为几乎任何想法的应用程序增加价值。在大多数情况下，愿望是利用一个系统的运动体验，将信息转化为提高性能(响应时间.精度.操作速度)；增强安全性或可靠性(危险情况下关闭系统)；或者其他增值功能。在某些情况下，缺乏运动是非常重要的，所以传感器可以用来检测不必要的运动。这些功能或性能升级通常在现有系统、MEMS的小尺寸和低功耗方面具有吸引力，因为终端系统的功率和大小显然已经固定或最小化。

在某些情况下，这些系统的设计师并不是运动的动力学专家，因此，通过校准提供完全集成的可用性的传感器可能是选择继续升级这些系统的关键批准因素。