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
、校xiao準zhun和he動dong態tai調tiao整zheng
，而er每mei種zhong類lei型xing的de傳chuan感gan器qi，甚shen至zhi每mei個ge傳chuan感gan器qi都dou是shi獨du一yi無wu二er的de，因yin此ci這zhe又you會hui帶dai來lai補bu償chang不bu足zu或huo過guo度du的de額e外wai風feng險xian，除chu非fei工gong程cheng師shi非fei常chang了le解jie傳chuan感gan器qi特te性xing。最zui後hou這zhe一yi點dian驅qu使shi許xu多duo設she計ji工gong程cheng師shi采cai用yong完wan全quan集ji成cheng的de傳chuan感gan器qi解jie決jue方fang案an，以yi便bian消xiao除chu運yun用yong和he實shi施shi過guo程cheng中zhong的de障zhang礙ai。

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MEMS陀tuo螺luo儀yi旋xuan轉zhuan時shi
，可ke動dong指zhi的de位wei置zhi變bian化hua通tong過guo電dian容rong變bian化hua進jin行xing檢jian測ce，由you此ci得de到dao的de信xin號hao送song入ru一yi係xi列lie增zeng益yi和he解jie調tiao級ji，產chan生sheng電dian速su率lv信xin號hao輸shu出chu。某mou些xie情qing況kuang下xia，該gai信xin號hao還hai會hui經jing轉zhuan換huan，送song入ru一yi個ge專zhuan有you數shu字zi校xiao準zhun電dian路lu。

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：tongguotigaoweizhijiancejingdu
，bingqiegengjiayangedijiangcixinxiyuyuanchengkongzhihuobianchengshezhideyundongxiangguanlian
，keyishizizhihuoyuanchengkongzhidejingmiyiqihejixiebigengjiajingque

、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。

weileyouhuachuanganqixingnengbingjinkenengsuoduankaifashijian，xuyaoshenrulejiechuanganqilingminduheyingyonghuanjing。xiaozhunjihuakeyizhenduiyingxiangzuidadeyinsujinxingdingzhi，congerjianshaoceshishijianhebuchangsuanfakaixiao。mianxiangjutiyingyongdejiejuefanganjiangshidangdechuanganqiyubiyaodexinhaochulijiehezaiyiqi，ruguojubeigaoxingjiabibingqietigongxianchengkeyongdebiaozhunxitongjiekou

，zhexiejiejuefanganjiangnengxiaochuxuduogongyekehuguoqusuomianlindeshishiheshengchanzhangai。

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，MEMS慣(guan)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)小(xiao)尺(chi)寸(cun)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)特(te)性(xing)無(wu)疑(yi)極(ji)具(ju)吸(xi)引(yin)力(li)。某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)不(bu)是(shi)運(yun)動(dong)動(dong)力(li)學(xue)方(fang)麵(mian)的(de)專(zhuan)家(jia)，因(yin)此(ci)，在(zai)決(jue)定(ding)是(shi)否(fou)進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)升(sheng)級(ji)時(shi)，完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)和(he)校(xiao)準(zhun)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)存(cun)在(zai)與(yu)否(fou)可(ke)能(neng)是(shi)最(zui)關(guan)鍵(jian)的(de)因(yin)素(su)。