基于KXR94加速度計的 微型慣性測量裝置設計

微型慣性測量裝置MIMU(Micro Inertial Measure-ment Unit)以其尺寸小、成本低等特點(diǎn)不僅在傳統應用領(lǐng)域得到應用，而且在商業(yè)領(lǐng)域占據了一定的市場(chǎng)。本文設計了一個(gè)高度集成、低功耗及低成本的微型慣性測量裝置，可精確地測算出載體的航向角、俯仰角及位置等信息，為運動(dòng)軌跡跟蹤實(shí)驗打下了基礎，也可廣泛地應用于民用航空、車(chē)輛控制、機器人、工業(yè)自動(dòng)化、探礦、玩具等領(lǐng)域。

1 系統硬件設計
1．1 慣性測量器件選擇
根據運動(dòng)軌跡跟蹤的特征和實(shí)驗本身的特點(diǎn)，微慣性測量裝置應該滿(mǎn)足下列設計要求：體積小、質(zhì)量輕、功耗低、采集頻率和采集精度高、成本低以及抗沖擊能力強。為了實(shí)現這些需求，微慣性測量裝置的硬件主要由微慣性傳感器單元MEMS和微處理器單元DSP組成。微慣性傳感器單元由微機械陀螺和微加速度計組成，可精確測量載體的3個(gè)軸向角速度信息和3個(gè)軸向加速度信息。
加速度計是慣性導航與慣性制導系統的一類(lèi)重要敏感元件，用來(lái)測量運載體相對慣性空間運動(dòng)的加速度，經(jīng)過(guò)積分和相關(guān)的運算就能得到載體空間的位置。加速度計是一個(gè)直接測量元件，它能連續測量運載體的加速度，然后經(jīng)過(guò)計算機解算出運載體速度、經(jīng)緯度及航程等。本系統采用的KXR94加速度計芯片是Kionix公司生產(chǎn)的三軸加速度計。該加速度計內部已經(jīng)對溫度和電壓波動(dòng)引起的偏差進(jìn)行了設計補償，因此由于電壓和溫度引起的偏差較小。該器件測量范圍為±2 g，靈敏度系數為560 mV／g，非線(xiàn)性度為0．1％，零加速度漂移為±150 mg；2．8～3．3 V均可工作；功耗很低，靜態(tài)電流約1.1 mA。其原理圖如圖1所示。