基于MEMS和CORTEX_M3的微惯性测量单元研制
基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制
（ 西北工业大学 电子信息学院， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０ ２
摘 要 ： 惯性测量单元具有成本低 、 积 小、 微 体 功耗低 和抗 冲击等优 点 ， 可以应 用在 车辆 稳定 控制 、
平 台稳 定及 导航控 制 系统 中， 具有广 阔的 市场应 用前 景。详 细介 绍 了采用三 轴 ＭＥ ＭＳ陀螺和 三轴
ＭＥ Ｓ加速度 计研 制的微惯性测量单元硬件设计 ， Ｍ 对信号进行 预处理 、 陀螺 漂移补偿 、 降噪等处理 。 所研制 的低 成本 ＭＩ ＭＵ经过补偿后零位漂移保持在 ： 轴 、 ｙ轴 、 ｚ轴 ， 以应用到普通导航领域 。 可 关键词 ： 微惯性测量 单元 ； 硬件 设计 ； 差补偿 ； 误 漂移 ； 降噪
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中 图分 类 号 ：Ｐ １． Ｔ２２９ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １ ６ ４ ２０ ） ６ ０ １ — ４ １７ ． ５ Ｘ（０ ８ ０ — １５ ０
引 言
由微机 械 （ Ｍ ） 螺及 微机 械 加 速度 计 构 成 的 ＭＥ Ｓ 陀
适 于较 高要求 的应 用 ， 文 采 用 三轴 ＭＥ 本 ＭＳ陀 螺及 三
三个 正交 平面 上 ， 敏感轴 互 相垂直 ， 成测 量 正交 坐 其 构
螺 由 Ａ Ｉ公 司 ３个 单 轴 Ｍ Ｍ Ｄ Ｅ Ｓ角 速 度 传 感 器 Ａ Ｘ Ｓ ０ ｒ 组 成 ， Ｄ Ｒ ３ ０是 一 款 角 速 度 范 围 为 Ｄ Ｒ ３０ Ａ Ｘ Ｓ０
网 络 资 源 与 信 息 检 索 课作业
网络资源与信息检索课综合实习报告一、报告概况1.课题名称：“传感器应用”2.检索人员：3. 反映课题内容的关键词以及相似词、同义词关键词(3-5个中英文):关键词: 传感器应用相似词：传感器法氧传感器硅传感器点传感器软传感器主传感器热传感器双传感器微传感器力传感器4. 中图法类号、类目：T工业技术5．简要分析课题的主题内容：传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。
二、课题检索报告（一）利用百度查找与课题相关的信息1、检索表达式：关键词=传感器应用2、记录相关结果2条（包括网页标题、网页URL、主要内容）:结果1：网页标题:百度百科网页URL:/view/2601562.htm本书是以面向中职教育为准则，以职业岗位对人才的需求为出发点编写的。
全书共10章，内容包括传感器基本知识、温度传感器、气敏和湿敏传感器的应用、力敏传感器、液位和流量传感器、位置及位移传感器、新型传感器、传感器接口技术、常用检测仪表、传感器综合应用等。
本书在编写中力求简化传感器原理，突出传感器的应用，强调通俗易懂，着眼于学生在应用能力方面的培养。
本书可作为中等职业学校机电技术、仪器仪表、自动控制、电子技术等专业的教材，也可供从事检测、控制技术等相关专业的工程技术人员参考。
结果2：网页标题:豆丁网网页URL: /p-189308288.html主要内容:（三）利用OPAC1、利用福州大学图书馆公共检索系统查找与课题相关的图书信息（2本）。
检索表达式：题名=传感器应用检索结果：书名：传感器应用作者：王之芳索书号：TP212/891 馆藏地：旗山校区图书借阅状态：在架可借如何索取原文：(写出操作过程，参见笔记)2、利用联合目录查找与课题相关的图书信息（2本），记下书名、作者、索书号、藏书地点,并说明如何索取原文检索工具：CALIS检索表达式：(题名= 传感器应用*) and (责任者= 卿太全*)检索结果：(包含书名、作者、索书号、收藏馆)书名：传感器应用电路集萃；ISBN号：9787508365459有30所学校收藏哈尔滨工业大学图书馆馆藏信息索取号：TP212/Q52 馆藏地：一区流通借书状态：在架可借如何索取原文：(写出操作过程)（四）电子图书信息利用读秀网站查找与你课题相关的电子图书信息2条，说明福州大学图书馆是否收藏其纸版或电子版，是否有其它图书馆收藏（列举其中两个），保存其目录信息。
基于MEMS传感器惯性测量单元设计与实现
（ 南京 邮 电大学 电子科 学与 工程 学院 ， 江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ２ ３ ）
摘 要： 随着 微 电子机 械系 统 （ Ｍ Ｅ Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ传 感器 ， 被 广泛 应用 于 多个 领域 。然 而惯
ｈｅ ｔ ｍ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｄ ｄ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｔ ｙ． Ｔｏ ｃ ｏ ｍｂａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ， ｉ ｎ ｈｉ ｔ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ， ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｎ ａ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ａ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｎ ｉ ｔ ｗｈ ｉｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｅ ｍ－ ｂ ｌ ｅ ｓ ３ －ａ ｘｉ ｓ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ， ３ －ａ ｘ ｉ ｓ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ， ｎｄ ａ ３－ ｘｉ ａ ｓ ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｓ ， ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｎ ｌ ｙ ｏ ｎ ｅ ＵＡＲＴ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ Ｏ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｈｅ ｔ ｎ ｉ ｎ ｅ ｃ ｈ ｎ— ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ｄ ａ ａ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｖ ｌｉ ａ ｄ ａ ｔ ｅ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｎｄ ａ ｓ ｈ ｏ ｗ ｉ ｔ ｉｔ ｆ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｎｄ ａ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ３一 ａ ｘ ｉ ｓ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ； ３－ ｘｉ ａ ｓ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ； ３－ ｘｉ ａ ｓ ｇ ｙ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｓ ； ｉ ｎ ｅ ｔｉ ｒ ａ ｌ ｍｅ ｓｕ ａ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｎ ｉ ｔ ； ＰＣＢ ｂ ｏａ ｒ ｄ
基于ARMCortex—M3的位移测量仪设计
ｔ ｉ ｐｌｃ ｍ ｅ ｒ ｃｓ ｌ ｈｅ ｄ ｓ ａ ｅ ｎｔｐ ｅ ｉｅｙ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： Ｒ Ｍ ｄｓ Ａ Ｃｏｒ ｅ － ３，Ｄ ｉｐ ａ ｅ ｅ ｅ ｓ ｅ ｅ ， Ｄｉｆ ｒ ｎｔａ ｒ ｎｓｏｒ ｅ ｔｘ Ｍ ｓ ｌ ｃ ｍ ｎｔｍ ａ ｕｒ ｍ ｎｔ ｆｅ ｅ ｉ ｌｔ ａ ｆ ｍ ｒ
系 统设 计 主要 有 ４ 部 分 ： 个 正弦 信号 激励 源 、 差 动 变压 器 、 信号 测 量 、 据 采 集 与 位 移 控 制 等 电 路 。 数
ｆ 一Ｌ ＋△ Ｕ。 ２ Ｌ ｝ Ｌ。 １ 。
正 弦 信 号 激 励 源 采 用 直 接 数 字 式 频 率 合 成 器
Ｉ２ ３ ｏ Ｌ ＋Ｌ 一Ｌ Ｉ ＋Ｕ６ Ｕ。 一Ｕ。
解： 每 得 …。
即位移 量 △ 与测 量距 离 ｄ值成 正 比。 ｚ
图 １为 螺线 管 式 差 动 变压 器 示 意 图 ， 当磁 棒 插
基于MEMS技术的惯性测量单元的研究与应用
基于MEMS技术的惯性测量单元的研究与应用近年来，随着科技的不断发展，MEMS（微机电系统）技术在各个领域都得到了广泛的应用。
其中，基于MEMS技术的惯性测量单元在导航、运动控制等领域具有重要的作用。
本文将探讨基于MEMS技术的惯性测量单元的研究与应用。
一、MEMS技术的发展与优势MEMS技术是将微纳制造工艺与传感器技术相结合的一种技术。
它的发展可以追溯到上世纪80年代，而在近几十年间，得到了快速的发展。
MEMS技术的优势主要体现在以下几个方面：首先，MEMS技术具有体积小、重量轻的特点。
由于MEMS器件的尺寸通常在微米到毫米级别，因此可以在小型装置中实现集成，从而大大减小了设备的体积和重量。
其次，MEMS技术具有低功耗的特点。
由于MEMS器件的尺寸小，因此其功耗也相对较低，这使得其在便携式设备中得到了广泛应用。
再次，MEMS技术具有成本低廉的特点。
相比于传统的传感器技术，MEMS技术的制造成本更低，这使得其在大规模生产中具有较大的优势。
最后，MEMS技术具有高精度和高灵敏度的特点。
通过微纳制造工艺的精细加工，MEMS器件可以实现高精度的测量和高灵敏度的响应，从而满足各种应用的需求。
二、基于MEMS技术的惯性测量单元的原理与结构基于MEMS技术的惯性测量单元通常由加速度计和陀螺仪两部分组成。
加速度计用于测量物体在空间中的加速度，而陀螺仪则用于测量物体的角速度。
通过对加速度和角速度的测量，可以得到物体在空间中的运动状态。
在MEMS加速度计中，常用的工作原理有压电效应和微机械悬臂梁效应。
压电加速度计利用压电材料的压电效应，通过测量压电材料上的应变来得到加速度的信息。
而微机械悬臂梁加速度计则利用微纳加工技术制作出微悬臂梁结构，通过测量悬臂梁的振动频率来得到加速度的信息。
在MEMS陀螺仪中，常用的工作原理有震荡器陀螺仪和振动陀螺仪。
震荡器陀螺仪利用谐振器的震荡频率与旋转角速度之间的关系来测量角速度。
而振动陀螺仪则利用微机械悬臂梁的振动频率与旋转角速度之间的关系来测量角速度。
基于ARM与MEMS器件的微惯性测量装置设计.
基于ARM与MEMS器件的微惯性测量装置设计摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。
仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。
关键词：Butte摘要开发一种生物运动微惯性测量装置，以基于ARM7的LPC2129为核心处理单元，采用MEMS陀螺和MEMS加速度计为测量传感器。
该装置实现了对SPC-III 机器鱼尾鳍拍动参数的精确测量，为活体鱼尾鳍拍动参数测量实验打下了基础。
关键词微惯性测量 LPC2129 MEMS器件尾鳍拍动在仿生推进机理的研究中，精确测量鱼类尾鳍拍动参数对于鱼类仿生推进机理研究及工程应用具有重要的意义；然而，目前研究者大多采用分析高速摄像机拍摄的图像获得参数的观测方法。
这种方法受到环境与设备的限制，结果精确度较差。
本设计是一种基于MEMS器件的生物运动微惯性测量装置。
利用该装置实现了对SPC-III机器鱼尾鳍拍动参数的精确测量，为国内首次利用MEMS器件进行的活体鱼尾鳍拍动参数测量实验打下了基础，为机器鱼仿生推进设计理论提供支撑。
1 设计要求和系统结构根据活体鱼类的生物特征和实验本身的特点，微惯性测量装置应该满足下列设计要求：体积小，质量轻，功耗低，采集频率和采集精度高，防水密封性能良好。
为了实现这些需求，微惯性测量装置的硬件由两部分组成：①微处理器单元；②微惯性传感器单元。
微处理器单元主要包括微处理器、A／D转换芯片和Flash。
微处理器作为核心单元，通过SPIl口连接A／D转换芯片完成数据采集，通过SPIO口连接Flash完成数据存储，通过串口与上位机通信。
微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究
图 2 微处理器单元与微惯性测量单元关系框图
2 M EM S惯性器件补偿模型的建立
MI MU 系 统主要用于设备的姿态稳定 , MEM S 陀 螺仪的精度对 M I M U 系统的测量精度影响最大, 因此 主要研究陀螺仪的误差补偿。由于误差补偿 模型在 ARM 处理器中实现 , 因此 , 要求补偿模型尽可能简单、 易于实现, 以保证 M I M U 的实时性。 2 . 1 MEM S 陀螺仪误差 M EM S 陀螺仪误差类型很多, 按照误差产生的原 因 , 大致可以分为与重力加速度相 关项, 与温 度相关 [ 1] 项 , 与结构、 安装相关项 , 与大过载 相关项等 , 具体
微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究 输入信号的转换值进行修正, 以减小外部因素影响。 假设陀螺仪参 考电压为 VGREF, 某一时 刻其 A /D 转换值为 G ADOUT , 则此时 A /D 的刻度因子为 1 LSB = VGREF /G ADOUT, 因此陀螺仪角速率输出和温度输出的实 际值为
F& A / D = F ADOUT ∋ T& A /D = T ADOUT VGREF G ADOUT V ∋ GREF G ADOUT ( 2)
! 7! 初始值的选取对角速率的计算以及角度积分的影响很 大。无论 M I M U 系统用在什么场合 , 都有一定的准备 时间, 为得到一个准确的初始值 , 对准备时间采集的零 偏 L i 和温度输出 T i 进行平均 ( L i、 T i 分别表示陀螺仪 零偏和温度输出序列, i = 1 , 2 , (, m ), 计算平均值 L 0 和 T 0, 作为此次测量的零偏和温度初始值。则
L0 = 1 m
∀L
i= 1 m
mems imu 原理
mems imu 原理
MEMS IMU（微电子机械系统惯性测量单元）的原理是基于微电子机械系统（MEMS）技术制作的。
它由三个轴上的加速度计和陀螺仪组成，可以敏感载体在三个轴上的线性加速度和角速度，并通过传感器融合技术对多种数据进行处理，计算出载体在空间中的姿态、位置和运动状态。
在MEMS IMU中，加速度计和陀螺仪是核心传感器。
加速度计通过测量敏感轴方向的加速度，可以确定载体在空间中的位置和姿态；陀螺仪则通过测量载体绕敏感轴的旋转角速度，可以确定载体的姿态和方向。
通过将加速度计和陀螺仪的数据进行融合，可以获得载体在三维空间中的姿态、位置、速度和加速度等运动参数。
MEMS IMU具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点，因此在无人机、机器人、智能穿戴设备、虚拟现实等领域得到广泛应用。
其原理是利用微电子机械系统技术，在硅片上制造敏感元件和电路，通过传感器将物理量转换成电信号，再经过处理电路进行信号处理和数据输出。
基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计
杨文华 ， ： 于 ＭＥ 等 基 ＭＳ传感器 的车载微惯性测量单元设计
表 １ 角 速 度 陀螺 标 定 值
１３ ２
压 ； … Ｓ ５ 为 ，， Ｓ ， ｙｚ轴角 速度 陀螺 的刻度 因数 ， ／ 。 ／ Ｖ （ ）
ｓ 为 轴角速度 陀螺 与 Ｙ轴角速度陀螺 之间的交叉耦 合 ； 因子 ， 他类 推 ； 为 轴角速度陀螺与 Ｙ 其 轴加速 度计之间 的交叉耦 合 因子 ， 其他 类推 ； ， ， Ⅳ 分别 为 ， 轴 角 ， 速度陀螺 的零点偏 移 ； ， Ｖ 分别为 ， ， 轴角速度 陀螺 Ｖ， ｙｚ
１４ ２
传 感 器 与 微 系 统
第３ ２卷
加速度的仿 真值与实 车试 验值基本 一致 ， 明 自主设 计 的 说
ＭＩ ＭＵ基本实现车辆参数信息 的监测 ， 且达到了的精度要求。
［ ］ Ｇ ａｍｅｅ Ｋ ｅｎ ｎＭ Ｔ Ｄ ｖｌｐ ｅｔｏ ｔｅｂａｋｗｉ ｗ ４ ｒｓ ｙｒ Ｍ， ｅｎ ｏ ． ｅｅ ｍ ｎ ｆ ｈ ｌｃ ｄ Ｊ ｏ ｏ
ｖ ｌ ｅ ｎ ｅ ｔｖ ｌ ｅ ａ ｕ ｓ ａ ｄ ｔ ｓ ａ ｕ ｓ
［ ］ Ｖ ｒｍ Ｒ， ｏｏＢＰ， ｌｄｎｖｃＤ ＭＥ ｒｓｕｅａｄａｃｌａ ７ ｅｎ Ｇ ｇ Ｍ ａｅｏｉ ． ＭＳｐｅｓｒ ｎ ｃｅ ｒ— ｅ ｔ ｎｓｌｎｓｆｒａｔｍ ｔｅ ａｐｉａｏ Ｒ］ ｅｒｉ Ｍ１ ｌ Ａ： ｉ ｅｉＹ ｏ ｕｏ ｏｉ ｐ ｌ ｔｎ［ ．Ｄ ｔ ｔ ， Ｉ ｏ ｓ ｖ ｃｉ ｏ， Ｓ
仪的零偏 、 灵敏度等误 差分别 按 时间 的二次 方或 三次方 增 长。要提高 ＭＩ ＭＵ单元 的精 度 ， 必须对加 速度计 、 角速度 陀
螺仪进行实验室标定 。通过对加 速度 计和 角速度陀螺仪 的
一种MEMS惯性测量单元的设计与实现
摘
要： Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ惯性测量单元（ Ｍ Ｉ Ｍ Ｕ ） 具有微型化、 可集成化、 智能化 、 低功耗、 低成本、 高可靠性 、
易批量生产等一系列优点。针对常规制导弹药的需求， 以Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ陀螺仪、 加速度计惯性传感器为基础 ， 设计 了一种 Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ惯性测量单元并进行 了高过载的建模与仿真分析 ， 验证样品分别采用机械冲击与空
。 ／ ｈ ， 典型值
±３ ｏ ｏ一±１ ０ ８ ０
＜１ Ｏ
标度因子线性度 ＜ Ｏ ． ０ ５ 带宽
电 源 电压
％
１ ０ ｏ
４ ． ７ ５～ ５ ． ２ ５
工作 电流消耗
＜ ２ ５
ｍＡ
工作 温度范围
件 和系统 无 法 比拟 的优 点 。 因此 ， Ｍ Ｅ ＭＳ不 仅 可
加速度计 ， 分别采集三维空间中角速度分量、 加速
度分量 ， Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ 加 速度计传感器组输 出的模拟量
经过 Ａ Ｄ Ｃ模块 转换 成数 字量 ， 送人微 处理 器 ，
Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ陀螺仪传感器组输 出的数字量直接传输到 导航计算机 Ｄ Ｓ Ｐ ， Ｄ Ｓ Ｐ对接收的数字信号进行信
第３ ４卷第 ４期 ２ ０ １ ６年 ｌ ２月
嚣
瓣螽
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ４ Ｄｅ ｃ ． ２ Ｏｌ ６
Ｊ Ｉ Ｃ ＨＥＮＧＤＩ ＡＮＬＵ Ｔ ＯＮＧ ＸＵＮ
一
种 ＭＥ ＭＳ惯 性 测量 单 元 的设 计 与实 现
鞠 莉娜 王 甫 乔伟 高玉 霞 周 铭
表１ ＭＥ ＭＳ电容 式加速度计性 能参 数表
基于微惯性导航系统的MEMS陀螺的应用研究
基于微惯性导航系统的MEMS陀螺的应用研究惯性导航系统最大的优点就是能够不依靠外界信息的基础上展开长时间的自主导航，目前该类技术也逐渐成熟，其精度较高。
本文主要探讨研究了基于微惯性导航系统的MEMS陀螺误差补偿方法，以期更好地满足社会发展的需要。
标签：微惯性;导航系统;MEMS陀螺误差补偿1 基于MEMS的微惯导系统目前，微惯性导航系统在汽车工程、航空航天、通信工程等方面展开了广泛的利用，和传统惯导系统相比而言，基于MEMS技术的惯导系统有着较多的优势，同时也在不断地发展[1]。
如今惯性技术显然成为了微惯性导航系统的一个发展新方向，一般涉及了数据处理单元、微惯性测量单元、导航计算机三方面。
其中温度传感器、三个正交放置的MEMS陀螺仪以及MEMS加速度计构成了微惯性测量单元，此时的加速度计、陀螺仪二者的空间坐标系需要相同，在数据处理的基础上把MIMU单元中加速度计、陀螺仪的输出输送至导航计算机内，完成导航解算，对速度、位置、姿态等相关信息进行输出。
2 MEMS陀螺仪概述微机械系统作为一种在微加工技术、集成电路技术的基础上，把微传感器、微结构、控制电路这三者有机地集成于一个较小的芯片中。
现如今，我国的科学技术水平正在突飞猛进地发展，尤其近几年来我国的微电子技术、微型制造技术得到了大力的改进、发展，在一定程度上推动了MEMS系统的产生、发展。
微机械系统正是由于其自身独特的加工技术、制造工艺，给MEMS系统带来诸多的优点，主要包括了集成化、质量轻、微型化、成本低等。
MEMS陀螺仪严格按照MEMS技术进行制造，最大的优势就是其独特的工作原理。
传统的光学陀螺，一般包括了光纤、激光陀螺仪等，主要是在光的Sagnac效应的前提下来对转动角速度变化展开计算的[2]。
传统的力学陀螺，主要包括了液浮式、静电式陀螺仪等，应用的是力学特性来对角度变化情况进行测量，其工作原理主要是依据物理学中的角动量守恒定理来进行的。
而MEMS陀螺仪是以MEMS技术为前提的，即主要是在科里奥利效应、经典力学基础上进行的，传统的陀螺仪是难以和现代MEMS陀螺仪相比拟的，因此MEMS陀螺仪得到了广泛的使用。
微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究
微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究
王亚凯;周军;于晓洲
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2009(028)001
【摘要】针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求,设计了一种基于ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统,并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型,然后在硬件系统上进行了实验验证.利用该模型对惯性器件测量结果进行修正,可以有效抑制误差,提高MIMU的测量精度.整个系统能满足使用精度要求.
【总页数】4页(P5-8)
【作者】王亚凯;周军;于晓洲
【作者单位】西北工业大学精确制导与控制研究所,陕西西安,710072;西北工业大学精确制导与控制研究所,陕西西安,710072;西北工业大学精确制导与控制研究所,陕西西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】U666.1
【相关文献】
1.PLC机械一体化数控机床误差补偿模型设计 [J], 刘冉冉
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3.用于空间手势输入的无陀螺微惯性测量单元设计 [J], 王祥雒;杨春蕾;郑瑞娟
4.基于神经网络模型误差补偿技术的对流层延迟模型研究 [J], 陈阳;胡伍生;严宇翔;龙凤阳;张良
5.基于误差补偿的电能交易体系模型设计 [J], 何义琼;刘俊;王珏
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基于Cortex－M3的航空超导磁测量平台振动监测仪
基于Cortex－M3的航空超导磁测量平台振动监测仪伍俊;荣亮亮;孔祥燕;谢晓明【摘要】According to the design requirements of aviation superconducting magnetic measurement system in vibration monito -ring and non-magnetic working environment ,a set of multi-channel synchronous acquisition of off-line vibration monitor based on the Cortex-M3 microprocessor and MEMS accelerometer was introduced in this paper to compensate for the lack of accelerometer bandwidth in the GPS integrated navigation of aeromagnetic system ,or even missing .The overall design of the vibration monitor and its function realization of the hardware and software was presented .The sensor calibration method and related signal processing algo-rithm were given,and a customized data post-processing software platform based on the graphical programming language LabVIEW was introduced .Several trials have been done to asset the main performance index of the vibration monitor .The results show that the dynamic range of the multi-channel synchronous data acquisition module is up to 110 dB,and the measured acceleration resolution is 2.6 mg@500 Hz,and also the result obtained by frequency domain integral method is in good agreement with commercial soft -ware.%针对航空超导磁测量系统对振动监测和无磁工作环境的设计需求，文中基于Cortex－M3微处理器和MEMS加速度计构建了一套可多通道同步采集的离线振动监测仪，用以弥补航磁系统中GPS组合惯导带宽的不足，甚至缺失。
基于MEMS和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制
基于MEMS和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制
赵志方; 常佶
【期刊名称】《《微计算机信息》》
【年(卷),期】2011(027)003
【摘要】从工程实际出发,给出了一种基于新型Cortex-M3内核ARM和MEMS 惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元的结构框架。
详细介绍了采用三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻传感器研制的微惯性测量单元硬件设计方案,分析了陀螺和加速度计的信号噪声,利用均值滤波法对信号进行预处理,对预处理后的信号采用FIR滤波器进行滤波,对陀螺和加速度计进行了标定。
该测量单元已应用于某小型无人机的姿态测量,达到预期效果。
【总页数】3页(P75-76,201)
【作者】赵志方; 常佶
【作者单位】010051 内蒙古呼和浩特内蒙古工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH81
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1.一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法 [J], 孙宏伟;房建成;盛蔚
2.基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计 [J], 杨文华;石存杰;秦洪武;王启唐;李正盛
3.基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制 [J], 胡士峰;马建仓
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一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法
一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法孙宏伟;房建成;盛蔚【期刊名称】《北京航空航天大学学报》【年(卷),期】2008(034)004【摘要】根据微机电系统 MEMS(Micro Electronic Mechanical System) 惯性器件的特点,在建立微惯性测量单元 MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)角速度及加速度误差数学模型的基础上,提出一种适用于MIMU的、仅采用单轴速率转台(无指北装置)的"动态翻转6位置"快速标定补偿方法.与传统标定方法相比,标定补偿方法简单便捷,可以一次确定出MIMU 的45个误差系数,辨识误差系数精度高,尤其适用于低精度捷联惯性测量单元.通过理论分析、推导以及大量的实验验证,标定补偿方法可以将MIMU的精度提高2～3个数量级.【总页数】4页(P439-442)【作者】孙宏伟;房建成;盛蔚【作者单位】北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】V249.3【相关文献】1.基于改进六位置法的一种MEMS加速度计标定补偿方案 [J], 向高林;路永乐;刘宇;龚大伟;吕玲;吴林志2.一种微惯性测量单元标定补偿方法 [J], 田晓春;李杰;范玉宝;刘俊;陈伟3.一种MEMS压力传感器的标定和温度补偿方法 [J], 沈晓春;刘利;周飞4.一种改进 MEMS 加速度计标定补偿方法 [J], 刘宇; 曹原5.一种基于改进型自适应遗传算法的MEMS三轴加速度计标定方法 [J], 邹泽兰;徐祥;徐同旭;赵鹤鸣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统
基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统
翟昱涛;魏强;王晓浩;周兆英
【期刊名称】《纳米技术与精密工程》
【年(卷),期】2009(007)004
【摘要】提出了一种基于低成本MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统,包括MEMS速率陀螺、MEMS磁强计、单轴MEMS加速度传感器.重点研究了基于扩展Kalman滤波(EKF)的姿态估计创新算法,通过速率陀螺更新误差状态四元数计算姿态角,并通过飞行方向的加速度传感器和三轴磁强计来补偿陀螺漂移和姿态角误差.利用扩展卡尔曼滤波方程消除瞬时干扰,实现高动态姿态测量.系统的仿真和高动态实验表明,姿态测量动态精度低于5°,静态精度低于0.7°.
【总页数】2页(P375-封3)
【作者】翟昱涛;魏强;王晓浩;周兆英
【作者单位】航天科工卫星技术有限公司,北京,100088;清华大学精密测量技术与仪器国家重点实验室,北京,100084;清华大学精密测量技术与仪器国家重点实验室,北京,100084;清华大学精密测量技术与仪器国家重点实验室,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.9
【相关文献】
1.基于MEMS惯性传感器的机器人姿态检测系统的研究 [J], 秦勇;臧希喆;王晓宇;赵杰;蔡鹤皋
2.基于MEMS的微型飞行器姿态测量系统 [J], 曹晓棠;石云波;周兆英;刘绍鹏;郭奇;赵斐
3.基于MEMS惯性传感器的机器人水平姿态检测系统设计 [J], 何伟;陈伟
4.基于低成本磁场和MEMS惯性传感器的姿态测定系统 [J], 杨克虎;史英桂;姬靖;郭建军;郁文生
5.基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法 [J], 熊新炎;黄涛;温子豪;张童因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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邮局订阅号：82-946120元/年技术创新测控自动化《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于MEMS 和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制Design of MIMU Based On MEMS &CORTEX-M3(内蒙古工业大学机电控制重点实验室)赵志方常佶ZHAO Zhi-fang CHANG Ji摘要:从工程实际出发,给出了一种基于新型Cortex-M3内核ARM 和MEMS 惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元的结构框架。
详细介绍了采用三轴MEMS 陀螺、三轴MEMS 加速度计和三轴磁阻传感器研制的微惯性测量单元硬件设计方案,分析了陀螺和加速度计的信号噪声,利用均值滤波法对信号进行预处理,对预处理后的信号采用FIR 滤波器进行滤波,对陀螺和加速度计进行了标定。
该测量单元已应用于某小型无人机的姿态测量,达到预期效果。
关键词:微惯性测量单元;微机电系统;过采样;滤波;误差补偿中图分类号:TH81文献标识码:BAbstract:From an engineering reality,a high-performance micro inertial measurement unit of the structural framework is given based on the new ARM of Cortex-M3core and low-cost MEMS inertial sensors.It is described in detail with three-axis MEMS gyroscopes,MEMS accelerometers and triaxial magnetoresistive sensor in the development of micro inertial measurement unit hardware design and analysis of the gyroscope and accelerometer signal noise and the signal filtering method using the mean pretreatment After pretreat -ment with FIR filter to filter the signal,gyroscopes and accelerometers were calibrated.The measurement unit has been used in atti -tude measurement of a small UAV,to achieve the desired effect.Key words:MIMU;MEMS;Oversampling;filtering;Error compensation文章编号:1008-0570(2011)07-0075-021引言近年来,微小型无人机得到了越来越广泛的应用,其关键技术之一的微型惯性导航技术受到国内外学者越来越多的关注。
利用MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)惯性传感器和SOC (System On Chip)技术实现的微惯性测量单元MIMU (Micro Inertial Measurement Unit)是微型惯导的重要组件,其具有成本低、体积小、重量轻、功耗低、可靠性强、能承受较恶劣的工作环境、适合大批量生产等优点。
本文采用MEMS 惯性传感器和三轴磁阻传感器,研制出一款低成本MIMU,并对传感器信号进行了预处理,降噪和标定。
下面介绍系统组成,测量算法和标定结果。
2硬件设计图1微惯性测量单元系统框图微惯性测量单元的系统结构如图1所示。
它包括SOC 微处理器、MEMS 陀螺、MEMS 加速度计、磁阻传感器和输入输出接口。
其中,MEMS 陀螺采用了三只ADI 公司生产的单轴角速率传感器ADXRS610。
ADXRS610是一款测量范围的角速度陀螺,模拟输出,采用单电源供电,芯片内部集成了温度传感器。
与ADI 公司早期推出的ADXRS300相比,ADXRS610提供了一个参考电压引脚,这使得陀螺信号电平不需要转换即可与ADC量程匹配,便于采样调理电路的简化。
MEMS 加速度计采用FREESCALE 公司生产的MMA7260。
MMA7260是一款可编程量程的三轴模拟加速度传感器。
该芯片的SLEEP 模式较有特色,当MMA7260工作在此模式时,其静态功耗仅为3uA 。
适合应用于小型无人机等低功耗应用场合。
磁阻传感器采用honeywell 公司的HMC5843。
HMC5843是一只12位数字输出3轴磁阻传感器。
该芯片的测量范围从0.7gauss 到6.5gauss,典型功耗2.5mW 。
芯片体积小巧,封装形式是的LCC 封装。
该芯片的外围器件只包括2只电容、2只电阻,因此非常适合MIMU 应用。
SOC 微处理器选用了ST 公司生产的采用CORTEX-M3内核的STM32F103CB 。
CORTEX-M3内核是ARM 公司最新推出的面向深度嵌入应用的低成本、高性能32位处理器内核,由于CPU 内置了一个单周期硬件乘法器,其乘法运算速度大幅提高,非常适合计算密集的姿态测量场合。
STM32F103CB 是一款非常有特色的嵌入式处理器,除了CORTEX-M3内核先进之外,其内部集成了2个独立的ADC,10个ADC 通道,高达1Mhz 的采样速率,20k 静态RAM,128k FLASH,6个DMA 通道支持多种传输方式,该芯片还提供了多种通信接口,完全能够满足MIMU 的应用需求。
由于采用了MCU 内置A/D 转换器,MIMU 外围电路得到了充分的简化,仅在模拟信号的输出电路串联一组抗混叠低通滤波器。
根据MIMU 的工作带宽要求,加速度信号的截止频率选择100Hz,陀螺信号的截止频率选择250Hz 。
赵志方:在读硕士研究生Á300Á? 1.3mm 4.0mm 4.0mm ??75--技术创新《微计算机信息》2011年第27卷第7期120元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》测控自动化MIMU 由CPU 板和两只陀螺子卡组合而成,CPU 板焊接一只陀螺,每个子卡各焊接一只单轴陀螺。
三只陀螺的上表面分别粘贴在六面体铝合金块的三个正交面上,用于保证刚度,正交性和陀螺环境温度一致性。
3信号分析与处理利用过采样技术能够提高ADC 分辨率。
信号噪声为白噪声时,利用如下公式可以确定ADC 的过采样速率:(1)其中F s 是未过采样时的ADC 采样频率,F ovs 是采用过采样技术时采样速率。
为了进一步减小噪声,MIMU 采用了39阶FIR 滤波器。
窗函数选择hanning 窗,归一化截至频率WC=0.2,滤波效果如下图所示:图2加速度计与陀螺仪滤波效果对比4传感器标定MEMS 传感器由于原理结构和加工工艺的原因,存在一定的个体差异,需要对陀螺与加速度计的零点和刻度因子进行标定。
为了降低标定受电源电压和温度的影响,减小测量误差,在标定时,采用大容量锂离子电池供电,环境温度保持在24度。
由于实际的加速度计坐标系和陀螺坐标系都存在非正交误差,需要将两个非正交坐标系统一到一个正交坐标系中。
因此采用12位置重力场翻滚法标定加速度计,3位置法标定陀螺。
MIMU 采用东北天坐标系。
得到如下有如下非正交系到正交系的变换关系:(2)XaYaZa 是非正交系三轴采样值,XbYbZb 是非正交补偿后正交系三轴数据。
加速度计标定:分别以x 轴、y 轴、z 轴为水平轴,每次逆时针绕水平轴旋转360度得到0度、90度,180度、270度四个位置,三个轴共12个位置。
约定测量输出最大位置为90度,测量输出最小位置为270度。
利用如下公式可得测量轴的零点、标定因子和安装误差角。
(3)绕x 轴转动可以得到θyx 、θzx 、y 轴零点、y 轴标度因数、z 轴零点和z 轴标度因数;绕y 轴转动可以得到θxy 、θzy 、x 轴零点、x 轴标度因数、z 轴零点、z 轴标度因数;绕z 轴转动可以得到θxz 、θyz 、x 轴零点、x 轴标度因数、y 轴零点、y 轴标度因数。
陀螺仪标定:将模块水平放置在单轴转台上以角速度旋转,旋转矢量与z 轴陀螺正方向重合,得到此时的。
然后,再以角速度旋转,旋转矢量与z 轴陀螺正方向相反,得到此时的,因此,以x 轴为敏感轴正转一次,反转一次可以得到θyz 、θzy 、x 轴零点、x 轴标度因数;以y 轴为敏感轴正转一次,反转一次可以得到θxz 、θzx 、y 轴零点、y 轴标度因数;以z 轴为敏感轴正转一次,反转一次可以得到θxy 、θyx 、z 轴零点、z 轴标度因数。
工作电压:3.2948v 环境温度24。
,环境湿度50%表1加速度计和陀螺的标度因数和零点表2加速度计和陀螺的安装误差角5总结以上设计工作表明:采用12位置重力场翻滚法和3位置标定加速度和陀螺,零位输出和刻度因数与手册中提供的数据基本一致,标定的平均误差角小于0.5度是小角度,可以利用式2进行补偿。
本文的创新之处在于:第一,设计一种基于MEMS 和SOC 处理器的微惯性测量单元,实现了微型化的设计目标,第二,采用过采样和FIR 滤波器结合的信号处理方法。
第三,给出了12位置法和三位置法的标定公式。
本文无抄袭,作者全权负责版权事宜。
参考文献[1]常佶.捷联惯导算法研究笔记[Z].呼和浩特:内蒙古自治区机电控制重点实验室[2]何清华,杨敏等.基于DSP56F807的捷联惯性导航系统设计[J].微计算机信息.2009,11-2:10-11[3]Mohanmed Gad-el-Hak,MEMS Applic atio n [M].America.CRC Press.2006[4]李宁.基于MDK 的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天出版社,2008.10[5]任大海,顾启泰,毛刚等.微型惯性测量组合标定技术[J].清华大学学报.2001,8:21~24作者简介:赵志方(1978-),男,吉林省吉林市人,在读硕士研究生,(下转第201页)76--邮局订阅号：82-946120元/年技术创新软件时空《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注请求和传输速度。
(3)将存储在CUDA 数组的图像数据绑定到纹理,由于αk =1-βk -γk ,只需将向量、向量、共轭梯度法中的残差向量和当前图像矢量绑定到纹理中,这将进一步节约存储资源和传输带宽,有利于提高运算速度。
(4)启动内核程序,进行纹理拾取操作,并对纹理数据按照共轭梯度算法进行并行处理。