基于KXR94加速度計的 微型慣性測量裝置設計

微型慣性測量裝置MIMU(Micro Inertial Measure-ment Unit)以其尺寸小、成本低等特點不僅在傳統應用領域得到應用，而且在商業領域占據了一定的市場。本文設計了一個高度集成、低功耗及低成本的微型慣性測量裝置，可精確地測算出載體的航向角、俯仰角及位置等信息，為運動軌跡跟蹤實驗打下了基礎，也可廣泛地應用于民用航空、車輛控制、機器人、工業自動化、探礦、玩具等領域。

1 系統硬件設計
1．1 慣性測量器件選擇
根據運動軌跡跟蹤的特征和實驗本身的特點，微慣性測量裝置應該滿足下列設計要求：體積小、質量輕、功耗低、采集頻率和采集精度高、成本低以及抗沖擊能力強。為了實現這些需求，微慣性測量裝置的硬件主要由微慣性傳感器單元MEMS和微處理器單元DSP組成。微慣性傳感器單元由微機械陀螺和微加速度計組成，可精確測量載體的3個軸向角速度信息和3個軸向加速度信息。
加速度計是慣性導航與慣性制導系統的一類重要敏感元件，用來測量運載體相對慣性空間運動的加速度，經過積分和相關的運算就能得到載體空間的位置。加速度計是一個直接測量元件，它能連續測量運載體的加速度，然后經過計算機解算出運載體速度、經緯度及航程等。本系統采用的KXR94加速度計芯片是Kionix公司生產的三軸加速度計。該加速度計內部已經對溫度和電壓波動引起的偏差進行了設計補償，因此由于電壓和溫度引起的偏差較小。該器件測量范圍為±2 g，靈敏度系數為560 mV／g，非線性度為0．1％，零加速度漂移為±150 mg；2．8～3．3 V均可工作；功耗很低，靜態電流約1.1 mA。其原理圖如圖1所示。