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、yibanyundongkongzhizhileideyingyongdouxuyaogaojichengduhegaokekaodudejiejuefangan

，erqiezaixuduoqingkuangxiajianceyuanjianshizhijieqianrudaoxianyoushebeizhong。ciwai，haibixutigongzugoudekongzhi
、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
、集ji成cheng度du和he接jie口kou要yao求qiu。在zai其qi他ta更geng複fu雜za的de情qing況kuang下xia，還hai需xu要yao采cai用yong多duo個ge傳chuan感gan器qi和he多duo種zhong類lei型xing的de傳chuan感gan器qi。即ji使shi看kan起qi來lai很hen簡jian單dan的de慣guan性xing運yun動dong，例li如ru僅jin限xian於yu一yi個ge或huo兩liang個ge軸zhou的de運yun動dong，也ye可ke能neng需xu要yao同tong時shi采cai用yong加jia速su度du計ji和he陀tuo螺luo儀yi檢jian測ce來lai補bu償chang重zhong力li、震動及其他不符常規的行為和影響。

chuanganqihaikenengjuyoujiaochalingmindu，henduoshihouxuyaoduicijinxingbuchang，jishiwuxubuchang，zhishaoyexuyaojiayilejie。ciwai，guanxingchuanganqidexingnengzhibiaocunzaixuduobutongdebiaozhun
，zheshideshangshuwentidejiejuegengjiakunnan。dangzhidingjiaosulvchuanganqiyaoqiushi，duoshugongyexitongshejigongchengshizhuyaoguanxindeshituoluoyiwendingxing（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。

為wei了le優you化hua傳chuan感gan器qi性xing能neng並bing盡jin可ke能neng縮suo短duan開kai發fa時shi間jian，需xu要yao深shen入ru了le解jie傳chuan感gan器qi靈ling敏min度du和he應ying用yong環huan境jing。校xiao準zhun計ji劃hua可ke以yi針zhen對dui影ying響xiang最zui大da的de因yin素su進jin行xing定ding製zhi，從cong而er減jian少shao測ce試shi時shi間jian和he補bu償chang算suan法fa開kai銷xiao。麵mian向xiang具ju體ti應ying用yong的de解jie決jue方fang案an將jiang適shi當dang的de傳chuan感gan器qi與yu必bi要yao的de信xin號hao處chu理li結jie合he在zai一yi起qi
，如ru果guo具ju備bei高gao性xing價jia比bi並bing且qie提ti供gong現xian成cheng可ke用yong的de標biao準zhun係xi統tong接jie口kou，這zhe些xie解jie決jue方fang案an將jiang能neng消xiao除chu許xu多duo工gong業ye客ke戶hu過guo去qu所suo麵mian臨lin的de實shi施shi和he生sheng產chan障zhang礙ai。

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
 

能(neng)夠(gou)檢(jian)測(ce)和(he)了(le)解(jie)運(yun)動(dong)可(ke)能(neng)對(dui)幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)設(she)想(xiang)到(dao)的(de)領(ling)域(yu)都(dou)具(ju)有(you)應(ying)用(yong)價(jia)值(zhi)。大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)，人(ren)們(men)希(xi)望(wang)掌(zhang)控(kong)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)的(de)運(yun)動(dong)，並(bing)利(li)用(yong)該(gai)信(xin)息(xi)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)（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，MEMSguanxingchuanganqidexiaochicunhedigonghaotexingwuyijijuxiyinli。mouxieqingkuangxia，zhexiexitongdeshejirenyuanbushiyundongdonglixuefangmiandezhuanjia，yinci，zaijuedingshifoujinxingxitongshengjishi，wanquanjichenghexiaozhundechuanganqicunzaiyufoukenengshizuiguanjiandeyinsu。