惯性传感器的介绍.docx

CST（Custom Sensors & Technologies）惯性传感器介绍构成惯性传感器包括加速度计（或加速度传感计）和角速度传感器（陀螺）以及它们的单、双、三轴组合IMU（惯性测量单元），AHRS（包括磁传感器的姿态参考系统）。MEMS加速度计是利用传感质量的惯性力测量的传感器，通常由标准质量块（传感元件）和检测电路组成。IMU主要由三个MEMS加速度传感器及三个陀螺和解算电路组成。分类惯性传感器分为两大类：一类是角速率陀螺；另一类是线加速度计。角速率陀螺又分为：机械式干式液浮半液浮气浮角速率陀螺；挠性角速率陀螺；MEMS硅石英角速率陀螺（含半球谐振角速率陀螺等）；光纤角速率陀螺；激光角速率陀螺等。线加速度计又分为：机械式线加速度计；挠性线加速度计；MEMS硅石英线加速度计（含压阻压电线加速度计）；石英挠性线加速度计等。惯性传感器作用原理(1)科里奥利(Coriolis)原理：也称科氏效应（科氏力正比于输入角速率）。该原理适用于机械式干式液浮半液浮气浮角速率陀螺；挠性角速率陀螺；MEMS硅石英角速率陀螺（含半球谐振角速率陀螺）等。Coriolis法国物理学家（1792年1843年）。(2)萨格纳（Sagnac）原理：也称萨氏效应（相位差正比于输入角速率）。该原理适用于光纤角速率陀螺；激光角速率陀螺等。Sagnac法国物理学家（1869年1926年），居里夫妇的朋友。1913年发明萨氏效应。术语1. 角速率陀螺术语(1)测量范围（/ S）Measurement Range也称量程。指陀螺仪能测量正、反方向角速率的额定值范围。在此额定值范围内，陀螺仪刻度因数非线性满足规定要求。(2)刻度因数（mV / S）Scale Factor (Sensitivity) 也称刻度因子、标度因数、梯度、灵敏度。指陀螺仪输出量与输入角速率的比值。该比值是根据整个输入角速率范围内测得的输入、输出数据，通过最小二乘法拟合求出的直线的斜率。(3)刻度因数非线性度（）Scale Factor Nonlinearity指在输入角速率范围内，陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大的偏差值与最大输出量之比。(4)零偏与零偏稳定性（V；V, / h 或/ S）Bias and Bias Stability零偏是指陀螺仪在零输入状态下的输出。以规定时间内测得的输出量平均值来表示。零偏稳定性是衡量陀螺仪在零输入状态下输出量围绕其均值（零偏）起伏和波动的离散程度，习惯上用均方根值表示，并以相应的等效输入角速率表示。业界也称零偏稳定性为零漂。而以/ h为单位的零偏稳定性值就是人们常说的光纤陀螺仪的精度。 (5)分辨力（/ S）Resolution表示陀螺仪在规定的输入角速率下能敏感的最小输入角速率增量。由该角速率增量所产生的输出增量至少应等于按刻度因数所期望的输出增量值的50%。(6)随机游走系数RWC（h12）Random Walk Coefficient 指由白噪声产生的随时间累积的陀螺仪输出误差系数。单位：h12(7)带宽（Hz）Bandwidth指陀螺仪频率特性测试中，规定在测得的幅频特性的幅值降低3dB所对应的频率范围称为带宽。在该范围内陀螺仪能够精确线性地测量输入的角速率。单位：Hz。(8)输出噪声（mv）Output Noise当陀螺仪处于零输入状态时，陀螺仪直流零偏值信号中的交流分量（mv， rms）。(9)自检测ST（V）Self -Test指陀螺仪在正常通电状态下，没有角速率输入时，自动检测陀螺仪结构和电路正常与否的手段。在陀螺仪规定的电气接口（ST）供规定的电压后，在正常的输出端输出的电压值符合规定的ST响应电压值范围时，则判该陀螺仪正常。(10)温度传感器输出UT（V）Temperature Sensor Output指在陀螺仪内部独立地设置有高精密温度传感器，并一般给出温度传感器在常温下的零位电压值（V）和灵敏度（mV/）。(11)平均无故障间隔时间MTBF（hr）Mean Time Between Failures 指陀螺仪两次故障之间时间的平均值（hr）。它是衡量陀螺仪使用可靠程度的可靠性指标。(12)零偏置 Bias Set零偏置是指陀螺仪在零输入状态下的输出电压不是零伏,而为偏离零伏的某一电压值。一般MEMS陀螺仪把零位调偏设置为2.5V的零偏值。2线加速度计术语（1）测量范围（g）Measurement Range也称量程。是指加速度计能测量正反方向线加速度的额定值范围。在此额定值范围内，加速度计刻度因数非线性度满足规定要求。（2）刻度因数（mV/g）Scale Factor (Sensitivity) 也称刻度因子、标度因数、梯度、灵敏度。指加速度计输出量与输入线加速度的比值。（3）刻度因数非线性度（）Scale Factor Nonlinearity指在输入线加速度范围内，加速度计输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。（4）分辨力（mg或g）Resolution表示加速度计能敏感的最小输入线加速度值。（5）带宽（Hz）Bandwidth指加速度计频率特性测试中，规定在测得的幅频特性的幅值降低3dB所对应的频率范围称为带宽。在该范围内加速度计能够精确线性地测量输入线加速度。（6）输出噪声（mv）Output Noise当加速度计处于零输入状态时，加速度计的直流零偏置信号中的交流分量（rms）称之为输出噪声。（7）自检测ST（V）Self -Test指加速度计在正常通电状态下，没有输入线加速度时，自动检测加速度计结构和电路正常与否的手段。在加速度计规定的电气接口（ST）供规定的电压后，在正常的输出端输出的电压值符合规定的ST响应电压值范围时，则判该加速度计正常。（8）温度传感器输出UT（V）Temperature Sensor Output指在加速度计内部独立地设置有高精密温度传感器，并一般给出温度传感器在常温下的零位电压值（V）和灵敏度值（m V /）。（9）平均无故障间隔时间MTBF（hr）Mean Time Between Failures指加速度计两次故障之间时间的平均值（hr）。它是衡量加速度计使用可靠程度的可靠性指标。惯性传感器的应用低精度MEMS惯性传感器作为消费电子类产品主要用在手机、GPS导航、游戏机、数码相机、音乐播放器、无线鼠标、PD、硬盘保护器、智能玩具、计步器、防盗系统。由于具有加速度测量、倾斜测量、振动测量甚至转动测量等基本测量功能，有待挖掘的消费电子应用会不断出现。中级MEMS惯性传感器作为工业级及汽车级产品，则主要用于汽车电子稳定系统（ESP或ESC）GPS辅助导航系统，汽车安全气囊、车辆姿态测量、精密农业、工业自动化、大型医疗设备、机器人、仪