利用MEMS慣性傳感器改善控制

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、采樣速率控制、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、集成度和接口要求。在其他更復雜的情況下，還需要采用多個傳感器和多種類型的傳感器。即使看起來很簡單的慣性運動，例如僅限于一個或兩個軸的運動，也可能需要同時采用加速度計和陀螺儀檢測來補償重力、震動及其他不符常規的行為和影響。

傳感器還可能具有交叉靈敏度，很多時候需要對此進行補償，即使無須補償，至少也需要加以了解。此外，慣性傳感器的性能指標存在許多不同的標準，這使得上述問題的解決更加困難。當指定角速率傳感器要求時，多數工業系統設計工程師主要關心的是陀螺儀穩定性（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，那么即使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，并且提供必要的信息來驅動補償過程。

為了優化傳感器性能并盡可能縮短開發時間，需要深入了解傳感器靈敏度和應用環境。校準計劃可以針對影響最大的因素進行定制，從而減少測試時間和補償算法開銷。面向具體應用的解決方案將適當的傳感器與必要的信號處理結合在一起，如果具備高性價比并且提供現成可用的標準系統接口，這些解決方案將能消除許多工業客戶過去所面臨的實施和生產障礙。

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并進行歸類，監控其隨時間的變化情況，并根據可編程的閾值做出反應。

圖2 ADIS16227具備檢測和分析功能，可簡化設計，左側為功能框圖

能夠檢測和了解運動可能對幾乎所有設想到的領域都具有應用價值。大多數情況下，人們希望掌控一個系統發生的運動，并利用該信息提高性能（響應時間、精度、工作速度等），增強安全性或可靠性（系統在危險情況下關機），或者獲得其他增值特性。但在某些情況下，不運動才是至關重要的，因此傳感器可用來檢測不需要的運動。

這些特性或性能升級往往在現有系統上實施，考慮到最終系統的功耗和尺寸已確定，或者必須最小化，MEMS慣性傳感器的小尺寸和低功耗特性無疑極具吸引力。某些情況下，這些系統的設計人員不是運動動力學方面的專家，因此，在決定是否進行系統升級時，完全集成和校準的傳感器存在與否可能是最關鍵的因素。