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德國西克SICK慣性傳感器相關介紹

閱讀:475        發(fā)布時間:2023-5-29

德國西克SICK慣性傳感器相關介紹:

最近的傳感器技術發(fā)展使得機器人和其他工業(yè)系統(tǒng)設計實現(xiàn)了革命性的進步。除了機器人以外,慣性傳感器有可能改善其系統(tǒng)性能或功能的應用還包括:平臺穩(wěn)定、工業(yè)機械運動控制、安全/監(jiān)控設備和工業(yè)車輛導航等。這種傳感器提供的運動信息非常有用,不僅能改善性能,而且能提高可靠性、安全性并降低成本。
然而,要想獲得這些好處,必須克服一些障礙,尤其是許多工業(yè)應用處在惡劣的物理環(huán)境下,必須考慮溫度、震動、空間限制和其他因素的影響。對工程師而言,為了從傳感器獲取一致的數(shù)據(jù),將其轉換成有用的信息,然后在系統(tǒng)的時序和功耗預算內做出反應,工程師必須擁有多種技術領域的知識和經驗,并且遵循良好的設計規(guī)范。
了解問題
來自慣性傳感器的信息經過處理和積分后,可以提供許多不同類型的運動、位置和方向輸出。每種類型的運動都涉及到一系列應用相關的復雜因素,對此必須加以了解。工業(yè)控制應用就是一個很好的例子,某種形式的指向或轉向設備對這些應用十分有用。傾斜或角度檢測常常是此類應用的核心任務,機械氣泡傳感器便可滿足需要。然而,在明確傳感器需求之前,需要分析最終系統(tǒng)的完整運動動力學特性、環(huán)境、壽命周期和可靠性預期。
如果系統(tǒng)的運動相對而言為靜態(tài),簡單的角度傳感器可能就足夠了,但實際的技術決策取決于響應時間、沖擊和震動、尺寸、整個使用壽命期間的性能漂移。此外,許多系統(tǒng)涉及到多種類型的運動(如旋轉和加速度等),而且往往在多個軸上工作,這就需要考慮將多種類型的傳感器結合在一起。
一旦知道正確的傳感器類型和技術后,挑戰(zhàn)便轉移到了解和最終補償傳感器對環(huán)境(溫度、震動、沖擊、安裝位置、時間和其他變量)的反應。環(huán)境補償涉及到額外的電路、測試、校準和動態(tài)調整,而每種類型的傳感器,因此這又會帶來補償不足或過度的額外風險,除非工程師非常了解傳感器特性。最后這一點驅使許多設計工程師采用集成的傳感器解決方案,以便消除運用和實施過程中的障礙。
線性速率抑或角速率
慣性傳感器有多種類型。MEMS(微機電系統(tǒng))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)革新了汽車安全氣囊系統(tǒng)。自此以后,從筆記本電腦硬盤保護到游戲控制器中更為直觀的用戶運動捕捉,功能和應用得以實現(xiàn)。
根據(jù)諧振器陀螺儀的原理,MEMS結構也可提供角速率檢測。兩個多晶硅檢測結構各含一個“擾動框架",通過靜電將擾動框架驅動到諧振狀態(tài),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陀螺儀旋轉時,可動指的位置變化通過電容變化進行檢測,由此得到的信號送入一系列增益和解調級,產生電速率信號輸出。某些情況下,該信號還會經轉換,送入一個專有數(shù)字校準電路。
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(xiàn)最高的性能水平和穩(wěn)定性。

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