基于KXR94加速度計的 微型慣性測量裝置設(shè)計

微型慣性測量裝置MIMU(Micro Inertial Measure-ment Unit)以其尺寸小、成本低等特點(diǎn)不僅在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域得到應(yīng)用，而且在商業(yè)領(lǐng)域占據(jù)了一定的市場。本文設(shè)計了一個高度集成、低功耗及低成本的微型慣性測量裝置，可精確地測算出載體的航向角、俯仰角及位置等信息，為運(yùn)動軌跡跟蹤實驗打下了基礎(chǔ)，也可廣泛地應(yīng)用于民用航空、車輛控制、機(jī)器人、工業(yè)自動化、探礦、玩具等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1．1 慣性測量器件選擇
根據(jù)運(yùn)動軌跡跟蹤的特征和實驗本身的特點(diǎn)，微慣性測量裝置應(yīng)該滿足下列設(shè)計要求：體積小、質(zhì)量輕、功耗低、采集頻率和采集精度高、成本低以及抗沖擊能力強(qiáng)。為了實現(xiàn)這些需求，微慣性測量裝置的硬件主要由微慣性傳感器單元MEMS和微處理器單元DSP組成。微慣性傳感器單元由微機(jī)械陀螺和微加速度計組成，可精確測量載體的3個軸向角速度信息和3個軸向加速度信息。
加速度計是慣性導(dǎo)航與慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的一類重要敏感元件，用來測量運(yùn)載體相對慣性空間運(yùn)動的加速度，經(jīng)過積分和相關(guān)的運(yùn)算就能得到載體空間的位置。加速度計是一個直接測量元件，它能連續(xù)測量運(yùn)載體的加速度，然后經(jīng)過計算機(jī)解算出運(yùn)載體速度、經(jīng)緯度及航程等。本系統(tǒng)采用的KXR94加速度計芯片是Kionix公司生產(chǎn)的三軸加速度計。該加速度計內(nèi)部已經(jīng)對溫度和電壓波動引起的偏差進(jìn)行了設(shè)計補(bǔ)償，因此由于電壓和溫度引起的偏差較小。該器件測量范圍為±2 g，靈敏度系數(shù)為560 mV／g，非線性度為0．1％，零加速度漂移為±150 mg；2．8～3．3 V均可工作；功耗很低，靜態(tài)電流約1.1 mA。其原理圖如圖1所示。