基于MEMS的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)憑借其成本低、結構簡單等優(yōu)點,成為汽車電子工業(yè)、電子消費品中的關鍵產品,廣泛應用工業(yè)自動化、大型醫(yī)療設備、智能機器人、儀器儀表、工程機械等領域,還可以應用于游戲機、音樂播放器、數(shù)碼相機等電子消費類產品。
在MEMS航向姿態(tài)測量系統(tǒng)中以FPGA作為主處理器構成一個嵌入式的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),采集MEMS陀螺儀、MEMS加速度計信號并對信號進行數(shù)字濾波,按照姿態(tài)解算算法計算載體的實時姿態(tài)和航向。
基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)主要是由MEMS陀螺和加速度計兩部分組成。微慣性測量單元為敏感X、Y、Z三個方向的直線加速度,需具有三只微機械加速度計為敏感繞X、Y、Z三個方向的旋轉角速度,需具有三只微機械陀螺儀,即共需六只傳感器固連在微慣性測量單元裝置的支架上。
以相互垂直位置進行安裝,由于三自由度加速度計可以敏感三個方向的加速度,因此微慣性測量單元僅需一個加速度計即可微機械陀螺儀測取沿載體坐標系三個軸的角速度信號,微機械加速度計測取沿載體坐標系三個軸的加速度信號。
下圖是MEMS慣性器件測量單元的安裝結構圖,三只單軸的MEMS陀螺儀和一只三軸MEMS加速度計分別安裝在六面體的三個正交面上。X軸和Y軸是兩個正交軸,Z軸與X軸、Y軸構成右手坐標系,組成測量體的三維坐標系。
MEMS慣性器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的數(shù)字處理系統(tǒng)能夠對三路陀螺儀信號、三路加速度計信號及三路溫度信號的輸入進行處理,包括數(shù)據(jù)采集、16位AD轉換、溫度補償、降噪濾波、姿態(tài)解算等數(shù)字算法處理,最后以RS-232格式數(shù)字輸出,航向姿態(tài)系統(tǒng)的硬件結構以及實物圖如下圖所示。
加速度計是一種機電裝置,包括孔、空腔、彈簧和管道,機械加工采用微加工技術。加速度計采用多層晶圓工藝,通過檢測物體重心相對于固定電極的位移測量加速力。作用力導致物體發(fā)生位移,進而發(fā)生電容變化。將多個電極并聯(lián),可獲得更大的電容變化,更容易檢測到位移(見下圖)。V1和V2連接至電容的每側,電容分壓器的中心連接到物體。
加速度計測量沿一個或多個軸的線性加速度(單位為mV/g);陀螺儀測量角速度(單位為mV/deg/s)。加速度計的輸出不響應角速度變化。
標簽: 航姿測量系統(tǒng)
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