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MEMS创新技术让无人机性能再升级

ADI?? 2015年05月19日 ?? 收藏0
有数据显示,在2014年全球无人机销量达到了39万架的规模,其中民用无人机占了96%,剩下4%为军用无人机。分析师预计,在未来几年内,无人机的销售规模依旧会保持快速增长的态势,到2020年,全球无人机总销量有望达到433万架,市场规模将达到259亿美元。无人机市场的快速膨胀导致了对新技术和新应用的需求扩大,性能优良,轻便灵活的无人机越来越受人青睐。

随着移动终端市场的高速崛起,芯片、电源管理、传感器、通讯芯片等产业链迅速成熟,成本下降,使智能化进程得以迅速向更加小型化、低功耗的设备迈进。这一趋势也给无人机整体硬件的迅速创新和成本下降创造了良好条件。特别是MEMS传感器在民用无人机的开发过程中也起到举足轻重的作用,自2011年MEMS传感器的大规模兴起,高集成度、低功耗、低成本间接推动了无人机民用化的发展趋势。

赵延辉 ADI亚太区微机电产品市场和应用经理
赵延辉 ADI亚太区微机电产品市场和应用经理

作为全球领先的高性能信号处理解决方案供应商,ADI公司的MEMS传感器技术,为无人机厂商提供了诸多优秀产品和系统级解决方案。ADI公司亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉介绍说:“ADI的工业级陀螺仪ADXRS652, ADXRS620等和工业级加速度计ADXL203, ADXL278等都被广泛应用于专业级的航拍设备上。ADI所提供的商业级的加速度计ADXL326, ADXL350, ADXL345等也一直被应用于一体机和各种飞行器中。” MEMS传感器技术系列产品的应用为无人机制造的成本压缩提供了技术保障。

这些产品在飞行器运动过程中的作用各不相同。他们大多主要用来实现飞行器的平稳控制和辅助导航。飞行器之所以能悬停,可以做航拍,是因为MEMS传感器可以检测飞行器在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化,在检测到角度变化后,就可以控制电机向相反的方向转动,进而达到稳定的效果。这是一个典型的闭环控制系统。

至于用MEMS传感器测量角度变化,一般要选择组合传感器,既不能单纯依赖加速度计,也不能单纯依赖陀螺仪,这是因为每种传感器都有一定的局限性。比如说陀螺仪输出的是角速度,要通过积分才能获得角度,但我们知道,即使在零输入状态时,陀螺依然是有输出的,它的输出是白噪声和慢变随机函数的叠加,受此影响,在积分的过程中,必然会引进累计误差,积分时间越长,误差就越大。这就需要加速度计来校正陀螺仪,因为加速度计可以利用力的分解原理,通过重力加速度在不同轴向上的分量来判断倾角。由于没有积分误差,所以加速度计在相对静止的条件下可以校正陀螺仪的误差。但在运动状态下,加速度计输出的可信度就要下降,因为它测量的是重力和外力的合力。较常见的算法就是利用互补滤波,结合加速度计和陀螺仪的输出来算出角度变化。

ADI MEMS传感器技术在飞行器设计中的应用帮助无人机的普及成为可能,MEMS系列产品给予了无人机更加优越的操控性能,在民用航空器需求越来越多的市场态势下让无人机的制造成本变得更可控和灵活。

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