精密MEMS传感器实现新型导航应用

作者:Bob Scannell,ADI公司MEMS和传感器技术部业务开发经理

导航通常与汽车、飞机及船舶相关。然而,在工业和医疗保健领域,精密导航正日益广泛地运用于从工厂机械和手术机器人到应急响应跟踪的各种应用。现有多种与定位、转向和引导设备相关的方法,可用于获得位置、方向和运动信息。事实上,许多应用已普遍依赖于GPS(全球定位系统)。然而,当涉及到室内导航以及处理更复杂、更具环境挑战性的情况时,单靠GPS已无法满足需求。

针对上述应用,可使用各类传感器来改善系统区分实际运动与异常运动的能力。某一传感器处理特定导航问题的能力不仅取决于该传感器的性能水平,同时也取决于该应用特有的动态特性。和处理所有复杂设计问题一样,首先需要了解最终应用的目标和限制,由此可将各项关键性能参数进行排序,从而大致了解所需的传感器,然后通过仔细的传感器调理、集成和处理,对实际设计进行优化。

了解导航问题

我们首先来打一个比方:假设您正在工作,想来杯咖啡,于是您起身去找咖啡壶。如果您之前去过放咖啡壶的地方,您的脑海中就会形成一条路线。不过,沿途您还需依靠各种感知,包括视觉、听觉、平衡,甚至触觉等,才能到达该位置。您自身的处理器会结合使用各种感知来源,以及某些嵌入式的模式识别,如果运气不好,您可能还得暂停下来,寻求一些外部输入,即方向。在整个过程中,您所依赖的自身传感器不仅需要逐个保持精确,还必须默契配合,必要时可拒绝误导信息(旁边隔间飘来的咖啡味道),并寻求其它传感器的帮助。在抵达目的地的过程中,您所采用的技术与车辆、手术仪器和机器人导航系统的设计人员使用的技术并无不同。

将上述例子扩展到工业领域,会涉及到多种传感技术,而这些技术中,无一能够独力满足大多数应用需求。正如此前所提及的,由于障碍物会阻挡卫星接收,GPS容易出错,要么降低总体精度,要么降低更新速率。另一种常见的导航辅助设备是磁力计,它需要畅通无阻地访问地球磁场,虽然这一条件通常可以实现,但工业环境中还存在许多现场干扰,使得磁力计的可靠性不尽如人意,能间歇性保持可靠运行已属万幸。光学传感器会遇到视线遮挡问题,虽然惯性传感器通常不受这些干扰影响,但也有某些自身的局限性,例如缺乏绝对参照(哪个方向是北?)。表1列出了各类主要导航传感器的相对优势和潜在问题。

详文请阅:精密MEMS传感器实现新型导航应用

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