微機電系統(tǒng) (MEMS) 陀螺儀和加速計比以往更小、更輕、功能更強大。當前最先進的芯片比十年前的芯片有了質的飛躍，使得集成這些傳感器的低成本 MEMS 慣性測量單元 (IMU) 能夠提供與以前的戰(zhàn)術級系統(tǒng)相當?shù)男阅?。僅出現(xiàn)在昂貴的高端應用中。盡管性能大幅提升，MEMS IMU 仍然具有用戶應注意的獨特特性。通過在系統(tǒng)中考慮這些因素并遵循良好的 IMU 數(shù)據(jù)實踐，您可以確保應用程序獲得最佳性能。
您可以利用以下一些技巧來提高慣性傳感器的性能：
將 MEMS 與不必要的振動隔離對于獲得準確的測量至關重要。用戶通常對系統(tǒng)的整體運動感興趣，例如車輛軌跡，而對測量振動不感興趣。振動可能來自多種來源：系統(tǒng)組件（例如電機）、傳感器所附著的結構由于地形運動而產生的共振，甚至是附近行走的人產生的振動。通過精心安裝 IMU（也許安裝在隔振平臺上），您可以最大限度地減少這些影響并提高傳感器性能。隔振不僅對于數(shù)據(jù)準確性很重要，而且還可以延長系統(tǒng)的使用壽命。即使是最堅固的 IMU 也包含敏感元件，這些元件可能會因暴露于高沖擊事件而損壞。
MEMS 傳感器還具有振動時產生的噪聲分量，稱為振動校正誤差 (VRE)。也就是說，振蕩振動信號被整流為傳感器輸出中不期望的偏置偏移，從而對測量的準確性產生不利影響。通過最大限度地減少 IMU 上引起的振動，您可以最大限度地減少誤差并提高整體系統(tǒng)性能。
所有陀螺儀都會受到多種效應的影響，這些效應會導致其開啟偏置發(fā)生變化，或者在未施加輸入旋轉時輸出非零偏移。該誤差在 MEMS 傳感器中更為嚴重，也是 MEMS 傳感器目前無法用于“陀螺羅盤”的原因。
如果您使用的是姿態(tài)和航向參考系統(tǒng) (AHRS) 或慣性導航系統(tǒng) (INS)，這些設備中的過濾算法會實時估計這種偏差，但過濾器需要時間，有時需要幾分鐘的時間確定準確的偏差值。如果您使用基本 IMU 來讀取角速率測量值，它將無法估計此偏差。在這兩種情況下，最好定期捕獲這種偏差，因為這樣做可以優(yōu)化設備的性能。
捕獲偏差需要您的設備在捕獲期間保持靜止。重要的是，在此過程中，任何振動源（例如車輛發(fā)動機）也必須關閉。在 Parker 的 MicroStrain 設備中，您可以使用 SensorConnect應用程序或 MIP SDK 來啟動捕獲。幾秒鐘后，設備將估計偏差并將其存儲在其內部存儲器中。定期執(zhí)行此操作是應對應用中陀螺儀老化影響的最佳方法。
當今的 MEMS IMU 具有高數(shù)據(jù)速率，約為 1 kHz 或更高！如果您正在設計一個需要對角速率和加速度信息進行數(shù)學積分的系統(tǒng)（例如導航濾波器），那么直接使用角速率和加速度輸出可能很誘人。這些值的單位很熟悉，如果您查看標準物理方程，您會看到它們直接枚舉（例如 F = ma。）但是 IMU 通常會輸出一組更有用的不同量：角速率的時間積分，稱為 delta-theta，加速度的時間積分稱為delta-velocity。使用這些而不是瞬時表示的好處如下：
? 這些積分結合了設備在實際運動中旋轉和加速時所受到的復雜的圓錐效應和劃槳效應?？紤]到這些影響意味著 delta-theta 和 delta-velocity 值比以典型方式積分瞬時值更準確，即使在最大速率下也是如此。
? 由于 IMU 以最快的速率為您完成此集成，因此您可以以低得多的速率請求這些值，從而為系統(tǒng)節(jié)省寶貴的 CPU 周期。例如，如果設備本機報告 1,000 Hz 的數(shù)據(jù)，但您的過濾器只需要 50 Hz 的信息，通過使用這些積分，您可以節(jié)省 20 倍的計算量，同時提高精度。精度的提高來自于 IMU 以最大速率捕獲動態(tài)，同時考慮了圓錐和劃槳效應。
在 IMU 之旅的某個時刻，您可能會發(fā)現(xiàn)時機就是一切！直到產品開發(fā)后期，準確的時間戳和時間對齊的重要性常常被忽視。如果您沒有考慮到這一點并且您的系統(tǒng)沒有按預期工作，那么您可能剛剛發(fā)現(xiàn)了問題。
不準確的時間同步會導致慣性測量出現(xiàn)明顯的比例因子誤差。例如，當系統(tǒng)時鐘和 IMU 時鐘不同步時，由于時鐘之間的漂移，您將積累小誤差，其效果與 IMU 的角速率和加速度輸出乘以錯誤的比例因子相同。隨著系統(tǒng)動態(tài)的增加，此錯誤也會增加。
有兩種方法可以緩解這種情況：使用精密參考（硬件脈沖或其他）對齊系統(tǒng)中的所有時鐘，并通過算法補償事件的任何未對齊，或者使用能夠生成事件數(shù)據(jù)的 IMU。第一種方法很常見，但在具有許多組件的系統(tǒng)中實施起來通常相當復雜。第二種方法是 Parker 添加到 3DM-CV7-AHRS中的方法，以幫助我們的客戶滿足精確的計時需求。
借助事件驅動的 IMU，硬件輸入脈沖可以生成軟件消息（反之亦然），從而使以前難以處理的事件能夠很好地對齊。例如，在視覺里程計中，了解從一個相機幀到下一幀的集成 IMU 輸出非常重要。如果沒有事件驅動的 IMU，這可能會變得相當棘手，但有了事件驅動的 IMU，事情就變得非常簡單：將相機的快門輸出引腳連接到 IMU，并將其配置為在接收脈沖時提供 delta-theta 和 delta-velocity 輸出。這會產生與相機生成的圖像對齊的精確積分，從而大大簡化了該領域的時間對齊問題。相反，事件驅動的 IMU 可以在數(shù)據(jù)量有效時生成脈沖，該脈沖可用于驅動硬件（例如相機）上的捕獲事件，并保持同樣嚴格的時間調整。
通過遵循這些簡單的提示，您可以提高 IMU 性能并充分利用您的投資。
? 3DM-GX5-IMU 高性能慣性測量單元（IMU）
? 3DM-CV5-IMU 嵌入式慣性測量單元
? 3DM-CX5-IMU 高性能工業(yè)級慣性測量單元
? 3DM-GX5-GNSS/AHRS 高性能 GNSS 導航傳感器
? 3DM-CV7-AHRS 戰(zhàn)術級 OEM IMU/AHRS
? 3DM-GX5-AHRS 高性能姿態(tài)參考傳感器
