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1.4 ADI的IMU

本文引用地址：http://www.104case.com/article/202002/409658.htm

1）芯片式的IMU——ADIS1650X

ADI的IMU主要為了實現在各種極端環境下，依然能提供準確的輸出，這種極端的環境包括高低溫的變化、顛簸的路面等。

下圖是ADI IMU的發展路線圖。截至2019年11月，ADI已經發布了器件級大小的IMU——ADIS1650X，滿足了高精度，而且性價比高，體積小，適合海量市場。

 ADIS1650X系列和過去大的模塊級IMU沒有區別，例如里面有傳感器、信號調理，有各種各樣的溫度補償校準等。

2）振動抑制特性的重要性

市場上同類友商只有一兩家，相比它們，ADI IMU里所用的內核傳感器的振動抑制特性好。這意味著在理想情況下，可以檢測車的轉動角度、航向偏移多少，或者飛機航向角、俯仰角偏了多少，行駛/飛行了多少米及速度。但問題是：盡管正常情況下飛機轉向能檢測角度，但有一點非常致命的是很多傳感器分辨不出傳感器的輸出是由轉動引起的還是振動引起的，通常振動抑制特性有2個參數：振動整流誤差，線性加速度。在有振動情況下的平滑輸出，減去沒有振動下的平滑輸出。經過理想濾波器之后，它的濾波誤差是非0的。

非0意味著什么？例如無人機應用，為什么農用無人機或行業內的無人機，99%以上是用ADI的IMU？當然，很多消費級的無人機，例如掌上無人機，沒有用ADI的IMU，主要出于成本、體積的考量。

農業灑藥的無人機之所以選擇ADI的IMU，主要因為ADI IMU的振動抑制特性好，該指標決定了無人機是否可以很好地懸停，以提高懸停灑藥或航拍的穩定性。

也許有人會問：為何一些千八百元的航空無人機也沒有飄，它們是怎么做到的呢？實際上，這類航空無人機做了復雜的減振處理，但減振材料，諸如橡膠飛一段時間會發熱，使減振材料會迅速老化，影響減振效果，因此需要操控手不停地控制它，也許操作手認為是自己不是專業的飛手導致控制不好，實際上是里面的IMU選得不合適。

ADI最新系列的ADIS 1650X雖然體積小，但依然在內部采用了差分結構，做到了非常好的振動抑制特性，可用于無人機、農業拖拉機、自動駕駛汽車等。汽車為何要用IMU？因為即使行駛在高速公路上，有時也會感到顛簸，只要有顛簸存在就會有誤差的引入，就會關注振動抑制特性這個指標。

2 智能制造中的預測性維護

智能制造需要各種各樣冰冷的機器能夠和人對話，或者是能讓它們真正地活起來，像人一樣可以溝通和行動。新制造或智能制造給傳感器市場帶來了很大的需求。

這需要各種各樣不同的傳感器，諸如振動分析、紅外成像、超聲、電壓電流的監測等。

過去傳感或檢測機器的方式，一般是靠人員現場檢測，現在希望能夠24小時自動檢測，因此需要更小、更低成本、更低功耗的MEMS傳感器。

2.1 預測性維護對傳感器的要求

機器診斷指可以通過分析，判斷出機器哪兒有裂紋等問題，預測機器能繼續使用多長時間。

一個機器如果要產生損壞，會經歷4個階段（如下圖）。人們希望能夠越早發現機器的問題越好。

在第1階段的時候，剛發生一點點的問題，例如機械有一個很小的裂紋的時候，人們就希望能夠檢測到，這時它一般失效的頻率都出現在高頻段，而且出現的幅度非常低，信號非常弱，就需要傳感器要足夠敏感。

ADI的ADXL100X系列實現了這樣的技術突破，最高頻率達到45 kHz，有效帶寬達30 kHz，噪聲25 μg/根號Hz（如下圖），屬于行業內非常領先的技術產品。

2.2 MEMS vs PZT   

MEMS相比傳統的PZT（壓電陶瓷）有很多優勢。PZT不太適合放到前端的節點進行24小時的監測，因為如下表，最直觀的是壓電成本和MEMS相比差別很大；再有就是壓電不能監測低頻信號，例如橋梁監測等低頻監測。

下圖是ADI MEMS和友商壓電產品的參數對比，這些壓電傳感器都是在業界非常領先的，價格約500元甚至上千元人民幣的。圖中有ADI和壓電的對比做的實測數據，例如對傳感器加上100g的加速度沖擊，會看到壓電傳感器會有明顯的滯留偏移，但ADI MEMS沒有。

不僅如此，ADI還有深厚的系統知識，可以把MEMS傳感器集成信號調理，提供一套完整振動的解決方案。好處是在振動領域，也許客戶不了解如何實現信號調理、機械結構設計及安裝，可直接把模塊裝到機器上。