应对工业挑战的惯性测量单元（IMU）应用-电子发烧友网

惯性传感器系统通常也被称为惯性测量单元（IMU），常被嵌入进机器中用以监视运动并提供解析和响应外部环境所需的信息。通常，IMU使用多轴加速度计来检测线性运动，例如加速度、冲击、倾斜和振动。一些应用还需要测量角速度，因此IMU通常包括多轴陀螺仪。

工业环境中的挑战

工业环境是电气和电子设备在其中运行的最具挑战性和严格要求的环境之一，通常肮脏、嘈杂（同时表现在声学和电气方面），并且会受到极端温度、湿度和振动的影响。

虽然“工业”一词通常是工厂和制造设施的同义词，但人们越来越多地期望监视设备、农业设备、建筑设备和自动化设备都具有相同的性能标准，这些设备在户外使用并经常受到恶劣条件和GPS能见度差的影响。在这些环境中运行的设备必须满足高性能标准，以保证其稳健性和可靠性。

今天，在恶劣环境中使用惯性运动传感器的一些最常见的应用包括：

监视工业机械的性能

将传感器深深的嵌入机器中以提供对性能变化的早期和准确检测可以获得很大价值。例如，惯性传感器可以检测由轴承磨损引起的振动频率的变化，从而可以在设备全面故障发生之前开展预防性维护。

自动驾驶汽车中的高精度导航

自动化机器在工业市场上越来越流行。全球导航卫星系统（GNSS）和惯性导航系统（INS）常用于辅助公用事业和农业无人机、精准农业和最后一英里交付装置等应用的自主导航，而这些设备经常暴露在高温、高振动和GPS能见度差等恶劣环境条件下。

振动传感

振动传感越来越流行，这也是ISO标准所要求的。今天，大多数电机、泵、输送系统甚至电动汽车的制造商都很关心在合适的时间进行维护更新，因为过早或过晚维修设备都将对生产产生负面影响。

为了预测故障，可以使用MEMS振动传感器来设计基于状态的监测系统（CBM）。CBM是更高级别的振动监测器，它将多个传感器（如温度传感器、麦克风和振动传感器）组合在一个系统中，以便为最终应用提供更好的预测性传感。这些CBM还具有学习机器行为和执行实时分析的能力。

以IIM-42352为例，这是一款3轴加速度计，旨在帮助CBM制造商满足检测振动的需求。该传感器的功能包括：

3dB带宽可配置，配置为2kHz时，输出数据速率（ODR）等于8kHz，而4kHz时ODR等于16kHz。
能够提供外部时钟用于系统同步
低功耗，典型电流为0.25mA
基于运动检测的运动唤醒（WOM）中断

3轴加速度计能够测量高达4kHz的振动，并能承受高达20，000g的冲击。它的外部时钟输入还允许传感器与系统的微控制器同步，从而实现0.005%的ODR精度。此功能可使系统更稳定，噪音更小。最后，WOM功能还能为使用电池作为电源的客户提供卓越的节能效果。

图2突出展示了传感器的主要功能。

图：上述详细规格突出显示了3轴加速度计的主要性能。

为高端工业护航

另外还有6轴IMU模块，例如IIM-46234和IIM-46230，它们包含了基于超低噪声MEMS传感器，即使在恶劣的工业条件下也能提供精确的惯性测量。这些模块在单个封装中整合了多个陀螺仪和加速度计的功能，是自主应用中使用的高端GNSS/INS模块等应用的理想选择。这些模块的一些最终用户包括智能农业设备、最后一英里交付系统和测量设备等，因为它们需要一流的精度和性能。

图3展示了可以从使用这些模块中受益的各种应用。

这些IMU模块的功能包括：