無人機(jī)在近兩年來迅速成為熱點，很多企業(yè)也開始研究開發(fā)無人機(jī)技術(shù)。民用無人機(jī)也受到很多消費者的青睞。雖然現(xiàn)在業(yè)內(nèi)的大部分玩具級飛行器都從三軸升級到六軸MEMS，但其采用的基本上是價格敏感型型號。
ADI公司亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場與應(yīng)用經(jīng)理 趙延輝 先生
對此，ADI公司亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場與應(yīng)用經(jīng)理趙延輝先生表達(dá)了觀點：“對于玩具級飛行器市場來說，已經(jīng)迅速從藍(lán)海轉(zhuǎn)變成紅海，競爭非常激烈，受價格的影響，很難考慮工業(yè)級的MEMS傳感器，只能暫時“忍受”在消費類移動終端上常用的價格敏感型型號。為了使用這樣的消費級產(chǎn)品，對飛行器的系統(tǒng)設(shè)計也提出了較高的要求，比如溫控和減震?！?/p>
而對于為何要進(jìn)行溫控和減震，趙延輝先生則認(rèn)為：“溫控是因為所有的MEMS器件都會有溫漂，比如零點和靈敏度都會隨著溫度變化。用戶有夏天在海南、新疆飛的，也有冬天在遼寧、黑龍江飛的，溫差幾十甚至上百度，怎么辦?很多用戶想到了全溫范圍內(nèi)的溫補(bǔ)校正，但問題是消費類MEMS傳感器的溫漂線性度不好，必須用分段線性或二階甚至更高階的溫補(bǔ)校正才行，這無形中增加了很高的人力和時間成本。更頭疼的是，有些消費類器件溫度回滯特性和重復(fù)性很差，造成無法校正的問題，要把這些器件再篩選出來，成本會更高?；诖?，研發(fā)人員只能采用類似于加熱電阻的辦法來讓MEMS傳感器的環(huán)境溫度近似恒定在一個較高值來避免溫補(bǔ)校正。即使這樣，沒有全溫范圍內(nèi)的溫補(bǔ)校正，還是很難保證飛行器在各種溫度條件下都能出色飛行的。而至于為什么要減震，則是因消費級的三軸加速度計和三軸陀螺儀對振動都非常敏感，在較強(qiáng)的振動狀態(tài)下，它們的輸出都會出現(xiàn)很大的偏差。加速度計有振動整流誤差，在振動狀態(tài)下，經(jīng)濾波后，零點還是會出現(xiàn)偏差。如下圖所示，黑色的線是一個ADI工業(yè)級雙軸加速度計在振動狀態(tài)下濾波后的結(jié)果。其它顏色的線是三軸高端消費級加速度計在振動狀態(tài)下濾波后的結(jié)果?？梢娂词故歉叨讼M級加速度計在振動狀態(tài)下，各軸都會出現(xiàn)較大偏移。某些器件的某些軸向的零點偏移甚至在6g-rms的振動下達(dá)230mg，而在利用加速度算傾角的時候，這一偏差會帶來高達(dá)13度的誤差?！?/p>
“再來說說陀螺儀，它有一個指標(biāo)，叫做線性加速度效應(yīng)，單位是deg/sec/gee?！壁w延輝先生補(bǔ)充道，“由單位很容易理解，就是加速度gee對陀螺輸出的影響。理想情況下，陀螺只響應(yīng)轉(zhuǎn)動，但實際情況是振動加速度也會引起陀螺的輸出偏差。以ADI的工業(yè)級陀螺儀ADXRS646為例，它的這一指標(biāo)為0.015 deg/sec/gee，也就是說如果振動加速度為10gee，那么輸出偏差就會達(dá)0.15deg/sec，積分10sec，角度誤差就會達(dá)1.5deg。對于消費類MEMS器件，保守的說，這一指標(biāo)會比ADXRS646差至少一個數(shù)量級。由此可見，減震設(shè)計非常重要。但要注意很多減震材料在高溫下都會迅速老化的，一旦減震材料老化，出廠時的精度便很難保證了。前面在談溫控部分的時候，已經(jīng)提到，考慮溫漂問題，系統(tǒng)里還人為的引入了加熱電阻，這其實也會加速老化的?！?/p>
趙延輝先生認(rèn)為，即使完成了這些復(fù)雜設(shè)計，用消費類MEMS器件還是會犧牲一定的產(chǎn)品性能，包括在極端情況下的穩(wěn)定性。“眾所周知，一般消費類MEMS器件都是塑料封裝的，與工業(yè)級的陶瓷封裝比，它本身就對外界溫度、濕度、壓力更敏感。在飛行器不小心墜地后，工業(yè)級MEMS器件的穩(wěn)定性和消費級MEMS器件的穩(wěn)定性還是有天壤之別的。這些也是為什么很多工業(yè)、農(nóng)業(yè)、高端航拍無人機(jī)還是選用工業(yè)級MEMS器件的原因。目前，ADI的MEMS器件還是專注于滿足在各種極端條件下的產(chǎn)品性能，比如在震動狀態(tài)下的輸出精度，受沖擊后的產(chǎn)品穩(wěn)定性，瞬間超程的保護(hù)設(shè)計，全溫范圍內(nèi)的重復(fù)性和穩(wěn)定性等?，F(xiàn)有以及未來的內(nèi)核傳感器設(shè)計都會關(guān)注以上所提到的對飛行器應(yīng)用至關(guān)重要的指標(biāo)。模塊化的解決方案也是我們的發(fā)展方向之一，也就是這里所提到的3軸加速度計加上3軸陀螺儀的6自由度單芯片產(chǎn)品。這樣的產(chǎn)品會在出廠前做好正交校正，非線性校正，線加速度校正，和各種指標(biāo)的全溫范圍內(nèi)的溫補(bǔ)校正等，這樣用戶可以專注在軟件開發(fā)上，最大限度的簡化硬件設(shè)計。”
