應(yīng)用于智能手環(huán)設(shè)計(jì)和無(wú)人機(jī)控制的MEMS傳感器有哪些？

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，目前無(wú)人機(jī)的發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，其中傳感器技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用。加速度設(shè)計(jì)加速度計(jì)用于確定無(wú)人機(jī)的位置和姿態(tài)。就像Nintendo Wii控制器或iPhone屏幕位置一樣，這些小型MEAS傳感器在維持飛行控制方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，MEAS加速度計(jì)有多種方式來(lái)感知運(yùn)動(dòng)手勢(shì)，其中一種技術(shù)能夠感知微型集成電路的微小運(yùn)動(dòng)。

得益于采用慣性MEMS傳感器，無(wú)人機(jī)可確保其方向穩(wěn)定，并可由用戶精確控制，甚至可自主飛行。然而，一些挑戰(zhàn)使無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，例如電機(jī)未完美校準(zhǔn)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可能根據(jù)有效載荷而變化，操作條件可能出現(xiàn)突變或傳感器存在誤差。這些挑戰(zhàn)會(huì)造成定位處理偏差，并導(dǎo)致導(dǎo)航期間的位置偏差，甚至造成無(wú)人機(jī)失效。

要使無(wú)人機(jī)超越玩具的范疇，高品質(zhì)MEMS傳感器和先進(jìn)軟件至關(guān)重要。無(wú)人機(jī)的慣性測(cè)量單元(IMU)、氣壓傳感器、地磁傳感器、應(yīng)用特定型傳感器節(jié)點(diǎn)(ASSN)和傳感器數(shù)據(jù)融合的精度對(duì)其飛行性能有著直接和實(shí)質(zhì)的影響。

尺寸限制以及苛刻的環(huán)境和操作條件(如溫度變化和振動(dòng))將對(duì)傳感器的要求提升到新的水平。MEMS傳感器必須盡可能避免這些影響，并提供精確、可靠的測(cè)量。有多種方法可以實(shí)現(xiàn)出色的飛行性能：軟件算法，如傳感器校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)融合;機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，例如減少振動(dòng)，以及根據(jù)無(wú)人機(jī)制造商自己的要求和需求選擇MEMS傳感器。下面就讓我們仔細(xì)研究一下MEMS傳感器并參考部分示例。

加速度計(jì)

加速度計(jì)用于確定位置和無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)。像任天堂Wii控制器或iPhone屏幕位置，這些小的MEMS傳感器在維持飛行控制中起到關(guān)鍵的作用。MEMS加速度傳感器有多種方式感知運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，一種類型的技術(shù)能夠感知微型集成電路的微小運(yùn)動(dòng)。這類“跳水板”的運(yùn)動(dòng)改變了結(jié)構(gòu)中電流的移動(dòng)，從而指示與重力有關(guān)的位移變化。

另一種加速度計(jì)的技術(shù)為熱對(duì)流技術(shù)，具有幾個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。它沒(méi)有移動(dòng)部件，而是通過(guò)一個(gè)“熱氣團(tuán)”的位移來(lái)感知的運(yùn)動(dòng)變化。這類傳感器靈敏度較高，在穩(wěn)定車載攝像機(jī)、電影制作等應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)控制上下運(yùn)動(dòng)和防振功能，制片人就能夠非常順利的捕獲畫面。此外，由于這些傳感器較其他產(chǎn)品有更好的抗震性，熱對(duì)流MEMS傳感器在無(wú)人機(jī)螺旋槳運(yùn)動(dòng)的抗震性有著完美的表現(xiàn)。

慣性測(cè)量單元

慣性測(cè)量單元結(jié)合GPS是維持方向和飛行路徑的關(guān)鍵。隨著無(wú)人機(jī)智能化的發(fā)展，方向和路徑控制是重要的空中交通管理規(guī)則。慣性測(cè)量單元采用的多軸磁傳感器，在本質(zhì)上都是精準(zhǔn)度極高的小型指南針，通過(guò)感知方向?qū)?shù)據(jù)傳輸至中央處理器，從而指示方向和速度。

傾角傳感器

傾角傳感器，集成了陀螺儀和加速度計(jì)為飛行控制系統(tǒng)提供保持水平飛行的數(shù)據(jù)。這是在易碎品運(yùn)輸和投遞過(guò)程中最重要的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序。這類傳感器和陀螺儀，結(jié)合加速度計(jì)，能夠測(cè)量到細(xì)微的運(yùn)動(dòng)變化，使得傾角傳感器能夠應(yīng)用于移動(dòng)程序，如汽車或無(wú)人駕駛飛機(jī)的陀螺儀補(bǔ)償。

電流傳感器

在無(wú)人機(jī)，電能的消耗和使用非常重要，尤其是在電池供電的情況下。電流傳感器可用于監(jiān)測(cè)和優(yōu)化電能消耗，確保無(wú)人機(jī)內(nèi)部電池充電和電機(jī)故障檢測(cè)系統(tǒng)的安全。電流傳感器工作通過(guò)測(cè)量電流(雙向)，理想的情況下提供電氣隔離，以減少電能損耗和消除電擊損壞用戶系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。同時(shí)，具有快速的響應(yīng)時(shí)間和高精度的傳感器可以優(yōu)化無(wú)人駕駛飛機(jī)電池的壽命和性能。

磁傳感器

在無(wú)人機(jī)，電子羅盤提供關(guān)鍵性的慣性導(dǎo)航和方向定位系統(tǒng)的信息?；诟飨虍愋源抛?AMR)技術(shù)的傳感器，較其他傳感器相比有明顯的地功耗優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有高精度、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)，非常適用于無(wú)人機(jī)的應(yīng)用。整體解決方案為無(wú)人駕駛飛機(jī)制造商提供質(zhì)了量數(shù)據(jù)傳感穩(wěn)定且緊湊的封裝。

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量傳感器

流量傳感器可以用于有效地監(jiān)測(cè)電力無(wú)人機(jī)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的微小空氣流速。這一功能能夠幫助引擎CPU確定在特定的引擎速度下保持適當(dāng)?shù)娜剂峡諝獗戎?，從而改善功率和效率，并減少排放量。許多氣體發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量流量傳感器都采用熱式技術(shù)，主要利用加熱的元件和至少一個(gè)溫度傳感器來(lái)量化質(zhì)量流量。MEMS熱式氣體質(zhì)量流量傳感器也在微計(jì)量范圍內(nèi)利用熱原理及其適用于對(duì)重量要求較高的領(lǐng)域