現(xiàn)在測量角速度和加速度是越來越頻繁,也越來越重要。人們將檢測的傳感器安裝在各種各樣的裝置上。隨著人們要求不斷的提高,各種復(fù)雜的測量環(huán)境給傳感器提出了挑戰(zhàn)。慣性測量單元為滿足人們對空間立體測量角速度和加速度提供了幫助。
1. 慣性測量單元的背景技術(shù)
慣性測量單元利用三軸地磁解耦和三軸加速度計,受外力加速度影響很大,在運動/振動等環(huán)境中,輸出方向角誤差較大,此外地磁傳感器有缺點,它的絕對參照物是地磁場的磁力線,地磁的特點是使用范圍大,但強度較低,約零點幾高斯,非常容易受到其它磁體的干擾, 如果融合了Z軸陀螺儀的瞬時角度,就可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。加速度測量的是重力方向,在無外力加速度的情況下,能準(zhǔn)確輸出ROLL/PITCH兩軸姿態(tài)角度 并且此角度不會有累積誤差,在更長的時間尺度內(nèi)都是準(zhǔn)確的。但是加速度傳感器測角度的缺點是加速度傳感器實際上是用MEMS技術(shù)檢測慣性力造成的微小形變,而慣性力與重力本質(zhì)是一樣的,所以加速度計就不會區(qū)分重力加速度與外力加速度,當(dāng)系統(tǒng)在三維空間做變速運動時,它的輸出就不正確了。
陀螺儀輸出角速度,是瞬時量,角速度在姿態(tài)平衡上是不能直接使用, 需要角速度與時間積分計算角度,得到的角度變化量與初始角度相加,就得到目標(biāo)角度,其中積分時間Dt越小,輸出角度越精確,但陀螺儀的原理決定了它的測量基準(zhǔn)是自身,并沒有系統(tǒng)外的絕對參照物,加上Dt是不可能無限小,所以積分的累積誤差會隨著時間流逝迅速增加,最終導(dǎo)致輸出角度與實際不符,所以陀螺儀只能工作在相對較短的時間尺度內(nèi)。
2. 慣性測量單元的原理
慣性測量單元裝置IMU屬于捷聯(lián)式慣導(dǎo),該系統(tǒng)有兩個加速度傳感器與三個速度傳感器(陀螺)組成,加速度計用來感受飛機相對于地垂線的加速度分量,速度傳感器用來感受飛機的角度信息,該子部件主要有兩個A/D轉(zhuǎn)換器AD7716BS與64K的E/EPROM存儲器X25650構(gòu)成,A/D轉(zhuǎn)換器采用IMU各傳感器的模擬變量,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息后經(jīng)過CPU計算后最后輸出飛機俯仰角度、傾斜角度與側(cè)滑角度,E/EPROM存儲器主要存儲了IMU各傳感器的線性曲線圖與IMU各傳感器的件號與序號,部品在剛開機時,圖像處理單元讀取E/EPROM內(nèi)的線性曲線參數(shù)為后續(xù)角度計算提供初始信息。
一般的慣性測量單元包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺儀,加速度傳感器檢測物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號,而陀螺儀檢測載體相對于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號。通過測量物體在三維空間中的角速度和加速度,以此推算出物體的所在的地方和所處的姿態(tài)。
標(biāo)簽: 慣性測量單元
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