1.4 ADI的IMU

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1）芯片式的IMU——ADIS1650X

ADI的IMU主要為了實(shí)現(xiàn)在各種極端環(huán)境下，依然能提供準(zhǔn)確的輸出，這種極端的環(huán)境包括高低溫的變化、顛簸的路面等。

下圖是ADI IMU的發(fā)展路線圖。截至2019年11月，ADI已經(jīng)發(fā)布了器件級(jí)大小的IMU——ADIS1650X，滿足了高精度，而且性價(jià)比高，體積小，適合海量市場(chǎng)。

 ADIS1650X系列和過去大的模塊級(jí)IMU沒有區(qū)別，例如里面有傳感器、信號(hào)調(diào)理，有各種各樣的溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)等。

2）振動(dòng)抑制特性的重要性

市場(chǎng)上同類友商只有一兩家，相比它們，ADI IMU里所用的內(nèi)核傳感器的振動(dòng)抑制特性好。這意味著在理想情況下，可以檢測(cè)車的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、航向偏移多少，或者飛機(jī)航向角、俯仰角偏了多少，行駛/飛行了多少米及速度。但問題是：盡管正常情況下飛機(jī)轉(zhuǎn)向能檢測(cè)角度，但有一點(diǎn)非常致命的是很多傳感器分辨不出傳感器的輸出是由轉(zhuǎn)動(dòng)引起的還是振動(dòng)引起的，通常振動(dòng)抑制特性有2個(gè)參數(shù)：振動(dòng)整流誤差，線性加速度。在有振動(dòng)情況下的平滑輸出，減去沒有振動(dòng)下的平滑輸出。經(jīng)過理想濾波器之后，它的濾波誤差是非0的。

非0意味著什么？例如無人機(jī)應(yīng)用，為什么農(nóng)用無人機(jī)或行業(yè)內(nèi)的無人機(jī)，99%以上是用ADI的IMU？當(dāng)然，很多消費(fèi)級(jí)的無人機(jī)，例如掌上無人機(jī)，沒有用ADI的IMU，主要出于成本、體積的考量。

農(nóng)業(yè)灑藥的無人機(jī)之所以選擇ADI的IMU，主要因?yàn)锳DI IMU的振動(dòng)抑制特性好，該指標(biāo)決定了無人機(jī)是否可以很好地懸停，以提高懸停灑藥或航拍的穩(wěn)定性。

也許有人會(huì)問：為何一些千八百元的航空無人機(jī)也沒有飄，它們是怎么做到的呢？實(shí)際上，這類航空無人機(jī)做了復(fù)雜的減振處理，但減振材料，諸如橡膠飛一段時(shí)間會(huì)發(fā)熱，使減振材料會(huì)迅速老化，影響減振效果，因此需要操控手不停地控制它，也許操作手認(rèn)為是自己不是專業(yè)的飛手導(dǎo)致控制不好，實(shí)際上是里面的IMU選得不合適。

ADI最新系列的ADIS 1650X雖然體積小，但依然在內(nèi)部采用了差分結(jié)構(gòu)，做到了非常好的振動(dòng)抑制特性，可用于無人機(jī)、農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車等。汽車為何要用IMU？因?yàn)榧词剐旭傇诟咚俟飞?，有時(shí)也會(huì)感到顛簸，只要有顛簸存在就會(huì)有誤差的引入，就會(huì)關(guān)注振動(dòng)抑制特性這個(gè)指標(biāo)。

2 智能制造中的預(yù)測(cè)性維護(hù)

智能制造需要各種各樣冰冷的機(jī)器能夠和人對(duì)話，或者是能讓它們真正地活起來，像人一樣可以溝通和行動(dòng)。新制造或智能制造給傳感器市場(chǎng)帶來了很大的需求。

這需要各種各樣不同的傳感器，諸如振動(dòng)分析、紅外成像、超聲、電壓電流的監(jiān)測(cè)等。

過去傳感或檢測(cè)機(jī)器的方式，一般是靠人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，現(xiàn)在希望能夠24小時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，因此需要更小、更低成本、更低功耗的MEMS傳感器。

2.1 預(yù)測(cè)性維護(hù)對(duì)傳感器的要求

機(jī)器診斷指可以通過分析，判斷出機(jī)器哪兒有裂紋等問題，預(yù)測(cè)機(jī)器能繼續(xù)使用多長時(shí)間。

一個(gè)機(jī)器如果要產(chǎn)生損壞，會(huì)經(jīng)歷4個(gè)階段（如下圖）。人們希望能夠越早發(fā)現(xiàn)機(jī)器的問題越好。

在第1階段的時(shí)候，剛發(fā)生一點(diǎn)點(diǎn)的問題，例如機(jī)械有一個(gè)很小的裂紋的時(shí)候，人們就希望能夠檢測(cè)到，這時(shí)它一般失效的頻率都出現(xiàn)在高頻段，而且出現(xiàn)的幅度非常低，信號(hào)非常弱，就需要傳感器要足夠敏感。

ADI的ADXL100X系列實(shí)現(xiàn)了這樣的技術(shù)突破，最高頻率達(dá)到45 kHz，有效帶寬達(dá)30 kHz，噪聲25 μg/根號(hào)Hz（如下圖），屬于行業(yè)內(nèi)非常領(lǐng)先的技術(shù)產(chǎn)品。

2.2 MEMS vs PZT   

MEMS相比傳統(tǒng)的PZT（壓電陶瓷）有很多優(yōu)勢(shì)。PZT不太適合放到前端的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行24小時(shí)的監(jiān)測(cè)，因?yàn)槿缦卤?，最直觀的是壓電成本和MEMS相比差別很大；再有就是壓電不能監(jiān)測(cè)低頻信號(hào)，例如橋梁監(jiān)測(cè)等低頻監(jiān)測(cè)。

下圖是ADI MEMS和友商壓電產(chǎn)品的參數(shù)對(duì)比，這些壓電傳感器都是在業(yè)界非常領(lǐng)先的，價(jià)格約500元甚至上千元人民幣的。圖中有ADI和壓電的對(duì)比做的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，例如對(duì)傳感器加上100g的加速度沖擊，會(huì)看到壓電傳感器會(huì)有明顯的滯留偏移，但ADI MEMS沒有。

不僅如此，ADI還有深厚的系統(tǒng)知識(shí)，可以把MEMS傳感器集成信號(hào)調(diào)理，提供一套完整振動(dòng)的解決方案。好處是在振動(dòng)領(lǐng)域，也許客戶不了解如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝，可直接把模塊裝到機(jī)器上。