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1.4 ADI的IMU

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202002/409658.htm

1）芯片式的IMU——ADIS1650X

ADI的IMU主要為了實(shí)現在各種極端環(huán)境下，依然能提供準確的輸出，這種極端的環(huán)境包括高低溫的變化、顛簸的路面等。

下圖是ADI IMU的發(fā)展路線(xiàn)圖。截至2019年11月，ADI已經(jīng)發(fā)布了器件級大小的IMU——ADIS1650X，滿(mǎn)足了高精度，而且性?xún)r(jià)比高，體積小，適合海量市場(chǎng)。

 ADIS1650X系列和過(guò)去大的模塊級IMU沒(méi)有區別，例如里面有傳感器、信號調理，有各種各樣的溫度補償校準等。

2）振動(dòng)抑制特性的重要性

市場(chǎng)上同類(lèi)友商只有一兩家，相比它們，ADI IMU里所用的內核傳感器的振動(dòng)抑制特性好。這意味著(zhù)在理想情況下，可以檢測車(chē)的轉動(dòng)角度、航向偏移多少，或者飛機航向角、俯仰角偏了多少，行駛/飛行了多少米及速度。但問(wèn)題是：盡管正常情況下飛機轉向能檢測角度，但有一點(diǎn)非常致命的是很多傳感器分辨不出傳感器的輸出是由轉動(dòng)引起的還是振動(dòng)引起的，通常振動(dòng)抑制特性有2個(gè)參數：振動(dòng)整流誤差，線(xiàn)性加速度。在有振動(dòng)情況下的平滑輸出，減去沒(méi)有振動(dòng)下的平滑輸出。經(jīng)過(guò)理想濾波器之后，它的濾波誤差是非0的。

非0意味著(zhù)什么？例如無(wú)人機應用，為什么農用無(wú)人機或行業(yè)內的無(wú)人機，99%以上是用ADI的IMU？當然，很多消費級的無(wú)人機，例如掌上無(wú)人機，沒(méi)有用ADI的IMU，主要出于成本、體積的考量。

農業(yè)灑藥的無(wú)人機之所以選擇ADI的IMU，主要因為ADI IMU的振動(dòng)抑制特性好，該指標決定了無(wú)人機是否可以很好地懸停，以提高懸停灑藥或航拍的穩定性。

也許有人會(huì )問(wèn)：為何一些千八百元的航空無(wú)人機也沒(méi)有飄，它們是怎么做到的呢？實(shí)際上，這類(lèi)航空無(wú)人機做了復雜的減振處理，但減振材料，諸如橡膠飛一段時(shí)間會(huì )發(fā)熱，使減振材料會(huì )迅速老化，影響減振效果，因此需要操控手不停地控制它，也許操作手認為是自己不是專(zhuān)業(yè)的飛手導致控制不好，實(shí)際上是里面的IMU選得不合適。

ADI最新系列的ADIS 1650X雖然體積小，但依然在內部采用了差分結構，做到了非常好的振動(dòng)抑制特性，可用于無(wú)人機、農業(yè)拖拉機、自動(dòng)駕駛汽車(chē)等。汽車(chē)為何要用IMU？因為即使行駛在高速公路上，有時(shí)也會(huì )感到顛簸，只要有顛簸存在就會(huì )有誤差的引入，就會(huì )關(guān)注振動(dòng)抑制特性這個(gè)指標。

2 智能制造中的預測性維護

智能制造需要各種各樣冰冷的機器能夠和人對話(huà)，或者是能讓它們真正地活起來(lái)，像人一樣可以溝通和行動(dòng)。新制造或智能制造給傳感器市場(chǎng)帶來(lái)了很大的需求。

這需要各種各樣不同的傳感器，諸如振動(dòng)分析、紅外成像、超聲、電壓電流的監測等。

過(guò)去傳感或檢測機器的方式，一般是靠人員現場(chǎng)檢測，現在希望能夠24小時(shí)自動(dòng)檢測，因此需要更小、更低成本、更低功耗的MEMS傳感器。

2.1 預測性維護對傳感器的要求

機器診斷指可以通過(guò)分析，判斷出機器哪兒有裂紋等問(wèn)題，預測機器能繼續使用多長(cháng)時(shí)間。

一個(gè)機器如果要產(chǎn)生損壞，會(huì )經(jīng)歷4個(gè)階段（如下圖）。人們希望能夠越早發(fā)現機器的問(wèn)題越好。

在第1階段的時(shí)候，剛發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)的問(wèn)題，例如機械有一個(gè)很小的裂紋的時(shí)候，人們就希望能夠檢測到，這時(shí)它一般失效的頻率都出現在高頻段，而且出現的幅度非常低，信號非常弱，就需要傳感器要足夠敏感。

ADI的ADXL100X系列實(shí)現了這樣的技術(shù)突破，最高頻率達到45 kHz，有效帶寬達30 kHz，噪聲25 μg/根號Hz（如下圖），屬于行業(yè)內非常領(lǐng)先的技術(shù)產(chǎn)品。

2.2 MEMS vs PZT   

MEMS相比傳統的PZT（壓電陶瓷）有很多優(yōu)勢。PZT不太適合放到前端的節點(diǎn)進(jìn)行24小時(shí)的監測，因為如下表，最直觀(guān)的是壓電成本和MEMS相比差別很大；再有就是壓電不能監測低頻信號，例如橋梁監測等低頻監測。

下圖是ADI MEMS和友商壓電產(chǎn)品的參數對比，這些壓電傳感器都是在業(yè)界非常領(lǐng)先的，價(jià)格約500元甚至上千元人民幣的。圖中有ADI和壓電的對比做的實(shí)測數據，例如對傳感器加上100g的加速度沖擊，會(huì )看到壓電傳感器會(huì )有明顯的滯留偏移，但ADI MEMS沒(méi)有。

不僅如此，ADI還有深厚的系統知識，可以把MEMS傳感器集成信號調理，提供一套完整振動(dòng)的解決方案。好處是在振動(dòng)領(lǐng)域，也許客戶(hù)不了解如何實(shí)現信號調理、機械結構設計及安裝，可直接把模塊裝到機器上。