如果農(nóng)場基于豐富的傳感器內(nèi)容來聯(lián)合利用自動化地面車輛和航空器，那么地面作業(yè)將更加有效；如果手術(shù)室能夠?qū)⒔?jīng)典的導(dǎo)引技術(shù)供精密制導(dǎo)機械臂使用，那么成功率將得到保障；如果救援行動中能夠精準(zhǔn)定位施救人員的位置，那么生還幾率將大大提高。要想實現(xiàn)諸如此類的假設(shè)，精密慣性傳感器有望發(fā)揮巨大作用。在MEMS領(lǐng)域深耕數(shù)十年的ADI，其高性能慣性檢測解決方案就正在實現(xiàn)這些愿景，并已有應(yīng)用成功的案例，例如：

- 通過將MEMS IMU嵌入到農(nóng)用車，檢測其實時運動，精度可以達(dá)到厘米級。這樣避免了部分土地未收割或者未播種的情況，實現(xiàn)增產(chǎn)增收。

- 外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)KneeAlign2采用ADI MEMS IMU，憑借其可以在數(shù)秒時間內(nèi)測定病人脛骨旋轉(zhuǎn)中心，并精確計算出切骨角度。病人膝蓋經(jīng)完整動作掃描后，醫(yī)生依靠ADI IMU捕捉到的定位與動態(tài)數(shù)據(jù)，可以快速測定股骨切割塊的精確方位。

- 執(zhí)行救援任務(wù)時，進(jìn)入了建筑結(jié)構(gòu)或者是復(fù)雜環(huán)境下，ADI MEMS IMU可以識別施救人員當(dāng)前的運動類型并測量步數(shù)和步幅，提供精確到米的定位精度。并且ADI MEMS IMU能夠抑制錯誤運動，例如震動、沖擊以及腳或身體左右搖晃/搖擺。

打鐵還需自身硬，傳感器融合算法還需要MEMS的高精度

從上述應(yīng)用不難看出，其關(guān)鍵在于MEMS傳感器的高精度，而精度的提高可以通過選擇質(zhì)量更高的傳感器來實現(xiàn)。不過曾有一種不切實際的說法是，可以利用傳感器融合算法，通過編程使技術(shù)水平很差的傳感器獲得良好的性能。傳感器融合的確可用于某些校正，例如：利用溫度傳感器校正其他傳感器的溫漂，或利用加速度計(g)傳感器校正陀螺儀的重力效應(yīng)。但即使是在這些情況下，也只能依據(jù)環(huán)境來校準(zhǔn)給定傳感器，而無法提高它在校準(zhǔn)點之間維持性能的固有能力，也就是說，只能插值而無法維持校準(zhǔn)精度。質(zhì)量較差的傳感器通常會迅速漂移，如果不進(jìn)行廣泛和成本高昂的校準(zhǔn)，精度會立即下降。

簡言之，傳感器融合雖然可以提供確定性的校正（如溫度補償），并會基于系統(tǒng)狀態(tài)知識，管理從一個傳感器到另一個傳感器的切換過程，但是軟件對于彌補不確定性差距的作用不大，無法彌補傳感器內(nèi)在的缺陷。并且就算是高質(zhì)量傳感器為使器件發(fā)揮最高性能，通常也需要進(jìn)行一定的校準(zhǔn)。因此，校準(zhǔn)和補償步驟越來越多地被看成是傳感器制造商必須提供的嵌入式功能。

低成本、高性能如何兼得？戰(zhàn)術(shù)級慣導(dǎo)展示標(biāo)準(zhǔn)范例

在保證精度性能的同時，傳感器制造商還需要考慮的就是更小尺寸和更低成本。不得不承認(rèn)以降低成本為主要目標(biāo)的MEMS結(jié)構(gòu)設(shè)計通常會犧牲性能，有時甚至?xí)?yán)重削弱性能。例如縮小硅片質(zhì)量和用塑料封裝消費級產(chǎn)品等，對MEMS性能有很大的不利影響。

不過我們可以做一些簡單的選擇來避免這一情況的發(fā)生，比如我們了解要從微機電器件提取精確穩(wěn)定的信息，必須有很高的信噪比，而信噪比是由硅片面積和厚度決定的，另外還要選擇適當(dāng)?shù)钠骷庋b和系統(tǒng)外殼，使硅片受到的應(yīng)力最小。在一開始定義傳感器時便牢記最終應(yīng)用的性能要求，據(jù)此優(yōu)化硅片、集成、封裝、測試和校準(zhǔn)方法，使得在復(fù)雜環(huán)境下也能維持原有性能，并且使成本最低。所以針對性能的設(shè)計與針對成本、尺寸、功耗效率的設(shè)計并不是互相排斥的。對此，ADI推出的工業(yè)MEMS IMU ADIS16488A就是個標(biāo)準(zhǔn)的范例。

ADIS16488A iSensor是一款戰(zhàn)術(shù)級10自由度慣性傳感器能夠適應(yīng)最苛刻的應(yīng)用，它采用僅為47 mm x 44 mm x 14 mm的模塊封裝，內(nèi)含一套完整的慣性系統(tǒng)，一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計、一個三軸磁力計和一個壓力傳感器。每個慣性傳感器都實現(xiàn)了iMEMS技術(shù)與信號調(diào)理技術(shù)的完美結(jié)合，可提供優(yōu)化的動態(tài)性能。不僅如此，工廠校準(zhǔn)針對各傳感器的靈敏度、偏置、對準(zhǔn)和線性加速度（陀螺偏置）進(jìn)行校準(zhǔn)，所以各傳感器均有其自己的動態(tài)補償公式，可提供精確的傳感器測量。

ADIS16488A功能框圖

ADIS16488A MEMS IMU 高性價比和成熟的高性能及可靠性

值得一提的是， 與復(fù)雜且昂貴的分立設(shè)計方案相比，ADIS16488A為精確的多軸慣性檢測與工業(yè)系統(tǒng)的集成提供了簡單而高效的方法。所有必需的運動測試及校準(zhǔn)都是工廠生產(chǎn)過程的一部分，大大縮短了系統(tǒng)集成時間，嚴(yán)格的正交對準(zhǔn)簡化了導(dǎo)航系統(tǒng)中的慣性坐標(biāo)系對準(zhǔn)。此外，SPI和寄存器結(jié)構(gòu)針對數(shù)據(jù)收集和配置控制提供簡單的接口，以及10自由度高性能傳感適合苛刻的消防救援類應(yīng)用和商業(yè)航空電子設(shè)備等。

結(jié)語

在這個全球智能化的時代，要想顯著提高資源效率、設(shè)備精度和安全性，一項合適的檢測技術(shù)是關(guān)鍵。ADI MEMS IMU通過指出設(shè)備精確地點或維持精準(zhǔn)定位來增強信息的質(zhì)量和利用率，推動著這些效益的變現(xiàn)。此外，其在實現(xiàn)高性能的同時滿足了必要的尺寸和成本效率要求，也讓因為消費類慣性傳感器而對整個慣性傳感器技術(shù)失去信心的人重新看到其潛力所在。