無(wú)人機(jī)在近兩年來(lái)迅速成為熱點(diǎn)，很多企業(yè)也開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)無(wú)人機(jī)技術(shù)。民用無(wú)人機(jī)也受到很多消費(fèi)者的青睞。雖然現(xiàn)在業(yè)內(nèi)的大部分玩具級(jí)飛行器都從三軸升級(jí)到六軸MEMS，但其采用的基本上是價(jià)格敏感型型號(hào)。

ADI公司亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)與應(yīng)用經(jīng)理 趙延輝 先生

對(duì)此，ADI公司亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)與應(yīng)用經(jīng)理趙延輝先生表達(dá)了觀點(diǎn)：“對(duì)于玩具級(jí)飛行器市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)迅速?gòu)乃{(lán)海轉(zhuǎn)變成紅海，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，受價(jià)格的影響，很難考慮工業(yè)級(jí)的MEMS傳感器，只能暫時(shí)“忍受”在消費(fèi)類移動(dòng)終端上常用的價(jià)格敏感型型號(hào)。為了使用這樣的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，對(duì)飛行器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也提出了較高的要求，比如溫控和減震。”

而對(duì)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?yàn)樗械腗EMS器件都會(huì)有溫漂，比如零點(diǎn)和靈敏度都會(huì)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(wèn)題是消費(fèi)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(wú)形中增加了很高的人力和時(shí)間成本。更頭疼的是，有些消費(fèi)類器件溫度回滯特性和重復(fù)性很差，造成無(wú)法校正的問(wèn)題，要把這些器件再篩選出來(lái)，成本會(huì)更高?；诖?，研發(fā)人員只能采用類似于加熱電阻的辦法來(lái)讓MEMS傳感器的環(huán)境溫度近似恒定在一個(gè)較高值來(lái)避免溫補(bǔ)校正。即使這樣，沒(méi)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(fèi)級(jí)的三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀對(duì)振動(dòng)都非常敏感，在較強(qiáng)的振動(dòng)狀態(tài)下，它們的輸出都會(huì)出現(xiàn)很大的偏差。加速度計(jì)有振動(dòng)整流誤差，在振動(dòng)狀態(tài)下，經(jīng)濾波后，零點(diǎn)還是會(huì)出現(xiàn)偏差。如下圖所示，黑色的線是一個(gè)ADI工業(yè)級(jí)雙軸加速度計(jì)在振動(dòng)狀態(tài)下濾波后的結(jié)果。其它顏色的線是三軸高端消費(fèi)級(jí)加速度計(jì)在振動(dòng)狀態(tài)下濾波后的結(jié)果?？梢?jiàn)即使是高端消費(fèi)級(jí)加速度計(jì)在振動(dòng)狀態(tài)下，各軸都會(huì)出現(xiàn)較大偏移。某些器件的某些軸向的零點(diǎn)偏移甚至在6g-rms的振動(dòng)下達(dá)230mg，而在利用加速度算傾角的時(shí)候，這一偏差會(huì)帶來(lái)高達(dá)13度的誤差?！?/p>

“再來(lái)說(shuō)說(shuō)陀螺儀，它有一個(gè)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(duì)陀螺輸出的影響。理想情況下，陀螺只響應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，但實(shí)際情況是振動(dòng)加速度也會(huì)引起陀螺的輸出偏差。以ADI的工業(yè)級(jí)陀螺儀ADXRS646為例，它的這一指標(biāo)為0.015 deg/sec/gee，也就是說(shuō)如果振動(dòng)加速度為10gee，那么輸出偏差就會(huì)達(dá)0.15deg/sec，積分10sec，角度誤差就會(huì)達(dá)1.5deg。對(duì)于消費(fèi)類MEMS器件，保守的說(shuō)，這一指標(biāo)會(huì)比ADXRS646差至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。由此可見(jiàn)，減震設(shè)計(jì)非常重要。但要注意很多減震材料在高溫下都會(huì)迅速老化的，一旦減震材料老化，出廠時(shí)的精度便很難保證了。前面在談溫控部分的時(shí)候，已經(jīng)提到，考慮溫漂問(wèn)題，系統(tǒng)里還人為的引入了加熱電阻，這其實(shí)也會(huì)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(jì)，用消費(fèi)類MEMS器件還是會(huì)犧牲一定的產(chǎn)品性能，包括在極端情況下的穩(wěn)定性?！氨娝苤话阆M(fèi)類MEMS器件都是塑料封裝的，與工業(yè)級(jí)的陶瓷封裝比，它本身就對(duì)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(jí)MEMS器件的穩(wěn)定性和消費(fèi)級(jí)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(wú)人機(jī)還是選用工業(yè)級(jí)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(dòng)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(jì)，全溫范圍內(nèi)的重復(fù)性和穩(wěn)定性等?，F(xiàn)有以及未來(lái)的內(nèi)核傳感器設(shè)計(jì)都會(huì)關(guān)注以上所提到的對(duì)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(jì)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(huì)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(kāi)發(fā)上，最大限度的簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。”