IMU/气压传感器/磁力计/传感器节点,没有了这几种MEMS传感器,无人机将会怎样

2019-01-08 08:57:24 来源:EEFOCUS
标签:

 

无论是从市场规模上还是应用空间上来看,无人机行业充满了勃勃的生气,新的应用层出不穷,几乎每天都会出现。从投递邮件或包裹、供小孩和老人玩乐、安全监控,到农业或工业现场管理、航空摄像,无人机的应用越来越广,越来越普遍。

最初,大多数无人机顶多算是一些相对简单的玩具。但是,随着无人机技术的不断更新换代,它们的飞行能力得以显著改善,它们变得更加安全、更加稳定,也更加易于控制了,从而使得它们能够在现实生活中找到更广阔的应用空间。

 


在推动无人机不断进步的诸多因素中,高性能微机电系统(MEMS)传感器是至关重要的关键因素。MEMS推动了无人机的迅速普及,反过来,无人机的火热也推动了MEMS传感器市场的快速增长。

根据IHS Markit(消费者和移动设备运动传感器 -  2017年)的研究数据,到2021年,无人机和玩具直升机中MEMS运动传感器(即加速度计、陀螺仪、IMU和压力传感器)的整体市场预计将达到约7000万台,对应2018-2021年间的年复合增长率为17%。

MEMS传感器对无人机飞行性能的影响
在惯性MEMS传感器的帮助下,无人机可以在飞行期间保持方向稳定,可交由用户精确控制,甚至可以自动飞行。但是,依然存在一些挑战让无人机系统变得复杂化,比如电机没有经过完美的校准和合适的校正,有效载荷不同会影响系统的动态性能,外在飞行条件可能会发生急剧的改变,或者传感器本身也可能引入误差,从而导致无人机在方向的把控上出现偏差,并最终导致飞行导航期间的位置偏差,严重时可能对无人机造成损坏。

在无人机超越玩具定位而更上一层楼的进化过程中,高品质的MEMS传感器和先进的软件至关重要。无人机的惯性测量单元(IMU)、气压传感器、地磁传感器、专用传感器节点(ASSN)和传感器数据融合的精度都对其飞行性能有直接和实质性的影响。

此外,来自尺寸的限制,以及苛刻的环境和操作条件(如温度变化和振动)都对传感器提出了更高的要求。部署在无人机中的MEMS传感器必须尽可能地减少这些影响,并提供精确、可靠的测量结果。

为了实现出色的飞行性能,离不开多个层面的密切配合。需要优化传感器校准和数据融合等软件算法,巧妙地进行机械系统设计,以减少振动,并根据无人机制造商的要求和特定需求选择MEMS传感器。本文主要关注MEMS传感器,以下给出一些例子。

无人机的核心是姿态航向参考系统(AHRS),其中包括惯性传感器、磁力计和处理单元。 AHRS估计无人机飞行的方向,处理滚动、俯仰和偏航角等信息。元件偏移、灵敏度存在误差或者热噪声导致的漂移可能会使得传感器无法给出准确的数据,从而导致方向错误。图一显示了以加速度计偏移做为自变量、以方向误差为函数的曲线,当加速度计偏移仅为20 mg时,无人机的方向出现了整整1度的误差,这通常是传感器误差链中的最大影响因素。

 


惯性测量单元(IMU)
IMU包括加速度传感器和陀螺仪,并具有嵌入式处理能力,它能够判定物体的线性移动和旋转运动。

博世传感器技术公司的BMI088是一款6轴IMU,集成了低噪声的16位加速度计和低漂移的16位陀螺仪。它的高精度来自于博世公司在高端汽车传感器技术上的长期积累,汽车级传感器可以在长时间内提供出色的偏置和温度稳定性,面对高度振动也很稳定,从而顺理成章地成为无人机的理想选择。

图2显示了BMI088的典型温度漂移。

 


图2显示,在很宽的温度范围内,加速度计的温度漂移仅为10mg,陀螺仪传感器的温度漂移小于0.5分贝。此外,BMI088表现出线性跟踪温度变化的特性,仅具有非常小的滞后。这种特性使得BMI088可以在无人机和机器人应用中实现一些非常有趣的功能。

 

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
激光雷达系统面临的五大挑战正在被逐一攻关
激光雷达系统面临的五大挑战正在被逐一攻关

本文探讨了当今激光雷达系统面临的五大挑战以及如何克服这些挑战。它还证明了,一旦消除了这些障碍,激光雷达将具备更广泛的应用空间。

斯坦福大学的这个血流传感器有点厉害,植入之后无需手术摘除
斯坦福大学的这个血流传感器有点厉害,植入之后无需手术摘除

斯坦福大学的研究人员使用了专门的生物相容性和生物降解材料,设计了一种基于电容的动脉血流传感器,一旦植入就可以无线读取,并且不需要摘除,因为它在手术之后的几个月内可以被人体再吸收。

汽车行业存在网络安全问题,远程控制能否解决这一漏洞?

三年前,克里斯·瓦拉塞克和查理·米勒攻击了一辆FCA吉普车,以展示远程控制车辆的能力。此举意在表明汽车行业存在网络安全问题,如果不能解决这一漏洞,后果可能是灾难性的。

我们是否真的需要无人机拍照、运输或者用来娱乐?

2018年科技行业的最热门领域是什么?很多人会想到人工智能。 无人机重返行业热搜背后透露出哪些信号但谁能想到,作为两年前的热门领域,相比市场空间和企业规模都更小的无人机,其资讯关注度,却在最近一个月内多数时间节点上超过前者。

阿里反腐余波还未散去,大疆又“自爆”腐败危机

据大疆发布反腐败公告显示,从去年开始,大疆开始内部反腐整顿,目前已有45人被查处,仅去年全年,预计损失就超过了10亿元。其中,更有16人问题严重,已移交司法部门处理,另有29人已被直接开除。

更多资讯
机器人发展这四大难题,可以靠传感器解决?
机器人发展这四大难题,可以靠传感器解决?

传感器在硬件中充当一个从外界接受信息的角色。今天工采网小编为大家简单说说传感器在机器人未来发展进程中又何作用?

快速移植多传感器系统的解决方案

打造新的多传感器系统可能是一项艰苦工作,因为您必须确保设计符合传感器的特定要求,并做到长期的准确性和可靠性。当根据应用的要求,需要更多无线连接时,设计师很难提供这样一种解决方案——既能最大限度提高无线电灵敏度,扩大其覆盖范围,又能维持无噪声信号链运行。

MEMS传感器市场这块香饽饽,国内厂商怎么啃?
MEMS传感器市场这块香饽饽,国内厂商怎么啃?

在我国,MEMS传感器商业化时间约有10年的历史,发展比较晚,而面对如此广阔的市场,国内厂商一定不会“坐视不管”,与非网小编就和大家侃侃国内的MEMS传感器厂商们。

光学心率传感器详细使用教程

该方法非常简单,光学心率传感器基于以下工作原理:当血流动力发生变化时,例如血脉搏率(心率)或血容积(心输出量)发生变化时,进入人体的光会发生可预见的散射。下图1介绍了光学心率传感器的主要元件和基本工作原理。

自动驾驶带MEMS传感器厂商飞?除了大热的激光雷达/毫米波雷达还有哪些传感器的机会
自动驾驶带MEMS传感器厂商飞?除了大热的激光雷达/毫米波雷达还有哪些传感器的机会

首先,您认为MEMS传感器未来的三大应用包括哪些?如果您的答案中没有“汽车”市场,那证明您没有在浮躁的市场“回声室”中人云亦云(回声室效应,形象地体现了如今社交媒体上的一种普遍现象:由于相同的观点被人们不断地重复、夸大,因此很难听到质疑的声音)

电路方案