轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元设计

针对油气井中井眼口径窄小、高温、高冲击等恶劣环境,采用双轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计作为核心传感器部件,实现了轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元(IMU)。采用DSC(dsPIC30F6014A)+FPGA双CPU导航计算机方案完成导航计算和滤波算法以及IMU数据的采集、控制与传输等功能。重点介绍了系统工作原理,IMU、数据采集与接口电路和双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明:该样机达到了预期精度指标要求(井斜角精度优于±0.2°,方位角精度优于±2°,工具面精度优于±0.5°),系统的性能尺寸体积、重量等方面达到了井下测斜仪器设计要求。     

基于微惯性测量单元的导航系统研究

随着半导体行业的发展,微机电系统(MEMS)的使用越来越广泛,已经开始进入消费电子市场.MEMS带来的操作、功耗和尺寸上的革命性变革是其成功进入消费类电子市场的关键.ADIS16350就是一个完整的三轴陀螺和三轴加速度计组成的惯性感应系统.该传感器包含AD公司微机械和混合信息处理技术,是一个高度集成的解决方案,提供校准后的数字惯性感应.本文就是在此基础上设计的一个导航系统,该系统不仅可以应用在航模上做导航控制,还可以往其他姿态测量、运动控制与稳定方向发展.     

MEMS随钻惯性测量单元设计与实现

针对基于磁通门随钻测量的局限性与惯性技术测量方案优势,结合随钻测量过程中强冲击、震动等环境特点,设计并实现了基于MEMS陀螺仪和加速度计的随钻惯性测量单元。对系统测试发现MEMS陀螺随机漂移误差较大,为此,采用改进时间序列分析法对巴特沃斯低通滤波后信号随机漂移进行建模。与传统时间序列方法建模相比,新方法降低了模型预测误差,滤除MEMS陀螺随机漂移误差更为明显,且在提高精度的同时保证了数据处理实时性。结果表明:系统能够实现近钻头安装,在钻进的同时完成相应参数的测量,达到设计要求。     

微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究

针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求,设计了一种基于ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统,并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型,然后在硬件系统上进行了实验验证.利用该模型对惯性器件测量结果进行修正,可以有效抑制误差,提高MIMU的测量精度.整个系统能满足使用精度要求.     

飞行仿真环境中惯性测量单元建模

准确的惯性测量单元(IMU)模型对飞行仿真至关重要,模型的准确性直接影响仿真试验的可靠性.为了在飞行仿真试验中能够提供有效的角速度和线加速度数据,需要建立准确的惯性测量单元仿真模型.在推导陀螺和加速度计数学模型的基础上,提出了建立陀螺及加速度计的仿真模型方法.为提高模型准确性,考虑了IMU误差影响.通过模拟AD公司的M...     

基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。     

一种微惯性测量单元标定补偿方法

在介绍微惯性测量单元组成与结构的基础上,根据MEMS惯性器件的输出特性,建立了微惯性测量单元中加速度计和陀螺仪的数学标定模型,提出并推导了一种适用于微惯性测量单元的标定方法,该方法可以得到微惯性测量单元中惯性传感器的零位、标度因数、安装误差系数及g值敏感项等33个参数;然后,具体介绍了通过加速度计重力场静态翻滚试验和陀螺仪恒角速率试验对MIMU中参数标定的方法和步骤,并对实验室自研的MIMU进行了标定;最后利用得到的标定参数对测试结果进行了误差分析与补偿;实验结果表明,该方法使MIMU的测量精度提高了1～2个数量级,能够满足姿态解算及导航计算的精度要求.     

微惯性测量单元的减振结构设计与仿真分析

基于谐振式MEMS陀螺的微惯性测量单元(MIMU),在工作时其性能会受到来自内部与外部振动干扰的影响。在分析了影响MIMU性能的振动来源和传统减振方式的不足的基础上,提出一种基于阻尼合金的新型减振方案和相应的MIMU结构设计,并设计了仿真实验分析其力学性能和阻尼衰减特性。结果表明:采用该阻尼合金的方案,MIMU减振结构的各项力学指标均符合要求,并且具有良好的减振抗干扰特性。     

一种小型惯性测量单元的精确标定技术

研究了一种基于MEMS陀螺和加速度计的惯性测量单元(IMU)的系统标定技术,建立了陀螺和加速度计的温度漂移和非线性误差模型,采用逐步线性回归法对以上模型进行了简化,并设计了补偿算法;实时补偿效果表明,在-40℃~60℃的温度变化范围内,惯性测量单元的零位偏值、偏值稳定性和非线性度都达到较高精度,这种误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件误差的标定与补偿问题。     

用于空间手势输入的无陀螺微惯性测量单元设计

针对三维空间手势输入的特点,提出了一种基于双路三轴MEMS加速度计的对称配置方案及角速度、线加速度解算方法。该方法使用两个三轴MEMS加速度计以及对称的硬件布局构成无陀螺微惯性测量单元,基于积分法计算测量单元的角速度和质心处线加速度,利用角速度解析式中的冗余信息对解算积累误差进行估计并实施误差补偿。该方案避免使用陀螺组件,两路加速度计在长轴方向上的对称编排方式保证了测量单元的小体积、狭长几何特征,便于手持;相应的角速度解算方法形式简单,适用于采样时长短、测量单元横滚角变化量小的三维空间手势特征提取和识别领域。仿真实验证明了该方案的可行性和有效性。     

惯性传感器技术及发展

论述了惯性传感器的发展过程和其在惯性导航系统中的地位 ,对新型惯性传感器 :壳体谐振陀螺仪、微机械电子系统惯性传感器、光纤陀螺仪的原理、性能和研究现状作了分析 ,最后指出了惯性传感器的发展方向。     

用于虚拟现实的九轴惯性传感单元设计

设计并实现了一种基于卡尔曼滤波的用于虚拟现实中运动追踪的关键装置一九轴惯性传感单元.以4元数为状态向量,在卡尔曼滤波器中,通过由加速度计和磁强计得到的姿态角对陀螺仪的漂移进行补偿.惯性传感单元的采样频率达到1 kHz.通过连接手机上位机测试,很好地实现了姿态角的融合和矫正.     

利用惯导测量单元确定关键帧的实时SLAM算法

由于嵌入式处理器算力的限制,实时性差一直是视觉惯导同时定位与建图（VI-SLAM）走向实际应用的一个亟待解决的问题,因此提出一种利用惯导测量单元（IMU）确定关键帧的实时同时定位与建图（SLAM）算法,主要分为3个线程：跟踪、局部建图和闭环。首先由跟踪线程通过IMU预积分自适应地确定关键帧,而自适应阈值由视觉惯性紧耦合优化的结果得出;然后仅对关键帧进行跟踪,避免对所有帧进行特征处理;最后利用局部建图线程在滑动窗口中通过视觉惯导光束平差法得到更加精确的无人机位姿,利用闭环线程得到全局一致的轨迹和地图。在数据集EuRoC上的实验结果表明,该算法能在不降低精度和鲁棒性的情况下显著减少跟踪线程耗时,降低VI-SLAM对计算资源的依赖。在实际飞行测试中,该算法能够较实时准确地估计出具有尺度信息的无人机飞行真实轨迹。     

无陀螺微惯性测量装置

首先简要介绍了惯性测量装置及微惯性测量装置的特点及分类,指出了采用无陀螺技术设计微惯性测量装置的优势。并介绍了国内外无陀螺测量技术发展状况,提出了一种新颖的结构设计,推导了导航方程的算法,利用了多传感器的冗余信息对算法进行优化,降低了求解微分方程的累积误差,提高了无陀螺微惯性测量组合的导航精度,最后进行了仿真计算,验证了该方案的可行性。     

微惯性测量组合系统的设计

介绍了一种微惯性测量组合(MIMU)系统的设计方法。该系统由电源模块、数据采集模块和数据处理模块组成。数据采集模块用16位高精度AD和浮点放大器采集MIMU输出信号;数据处理模块采用高速单片机和嵌入式计算机进行数据处理。还介绍了数据采集的软件设计。该系统结构简单,为捷联系统的小型化提供了一种新的思路。经实际应用表明:该系统合理可行。     

一种小型化SPR生物传感器的设计与实现

介绍了一种采用不规则四边形棱镜设计的小型化表面等离子体共振(SPR)生物传感器。棱镜结构与已有的TI Spreeta传感器类似,但是在尺寸、光学性能等方面做了较大优化。新研制的SPR传感器在光学检测精度和系统集成性等方面也有了很大提高。在光路设计中,采用波长为630 nm的宽光束红光LED作为光源,5 000像素点线阵CCD作为光电检测器,光学检测效果要大大优于TI Spreeta波长为830 nm的近红外光源和128像素点的线阵硅光二极管。在光路优化的同时,系统集成了流动控制模块、信号采集处理模块,形成了一个可实现生物大分子相互作用分析的集成小型化SPR检测装置。利用空气、水及乙醇等进行的SPR实验表明:该装置能够对单一样本进行精确检测,共振角的检测精度高达0.01°,且检测结果线性度高,稳定性好,单一样本的检测偏差小于0.5%。     

A novel miniaturized frequency selective surface

A novel single layer miniaturized frequency selective surface made of circular unit cell elements is presented in this article. The frequency selective surface (FSS) unit cell measures 0.055λ₀ × 0.055λ₀, where λ₀ corresponds to its free space wavelength. The proposed FSS offers band stop characteristics with bandwidth of 137.5 MHz centered at 1.39 GHz. The symmetrical structure of the unit cell elements provides polarization independency. The miniaturized unit cell elements help achieving angular independency for both TE and TM mode of polarization. The miniaturized design provides excellent angular independency with negligible frequency shift for varying incident angles. A prototype of the FSS is fabricated and its simulation results are validated using measurements.     

医用内窥镜微型摄像模组设计

设计了一种新型医用内窥镜微型摄像模组.该模组采用微型、高分辨率的CMOS图像传感器结合低压差分信号（LVDS）传输技术进行设计,使摄像模组直径缩减至5.0mm,并实现了图像数据的长距离高保真传输.搭建了实验平台对摄像模组的摄像功能进行了测试.结果表明：该模组图像传输距离超过2m,分辨率达到30万像素,对口腔溃疡模拟粘膜病变的识别率高达90％.其图像分辨率高,传输距离长,使其适用于内镜诊断;其直径小,能大大提高病人内镜检查的舒适性,为超细内镜诊断提供了一种极佳的解决方案.     

无陀螺惯性测量组合模型方案设计

无陀螺惯性测量组合(GFIMU)是利用线加速度计在空间的组合解算出载体的角速度,同时测量载体的轴向加速度,构成惯性测量组合.提出了GFIMU十二加速度计配置方案,该方案直接得出角速度数值表达式,有效避免了求解微分方程组带来的积分误差.在推导导航参数计算数学模型的基础上,设计了实物结构模型和数据采集电路,并进行了系统标定实验.提出了基于三维转台的接近gn值点和0点的多位置标定方法,可以有效地减小在加速度计标定中方位误差带来的影响.