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高端MEMS助力位置服務(wù)、智能制造、地震預警

作者:王瑩 時間:2020-02-06 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

(微機電系統(tǒng))傳感器已發(fā)展了40余年,已滲透到汽車、工業(yè)和人們的日常生活中。例如手機里常用的麥克風和加速器。手機里的麥克風越來越多,以更好地拾音;手機加速器的精度越來越高,例如當你用手機時,車開進了隧道,手機依然可以,這時已經(jīng)不是靠衛(wèi)星了,而是靠手機里的芯片來實現(xiàn)的。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202002/409658.htm

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在交通工具方面,汽車安全氣囊、車身平穩(wěn)控制,或者高鐵上的一些安全監(jiān)測都會用到MEMS。

醫(yī)療方面,一個典型的案例是過去非常依賴醫(yī)生精準的手術(shù)技術(shù),現(xiàn)在用一些非常小的MEMS傳感器,可以對手術(shù)路徑做引導,讓一些不是那么專業(yè)的醫(yī)生依然可以做專業(yè)的手術(shù)。

不久前,公司亞太區(qū)微機電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝先生向電子產(chǎn)品世界等媒體介紹了MEMS傳感器在、智能制造和地震監(jiān)測中的最新應用動向,以及的部分領(lǐng)先產(chǎn)品。   

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亞太區(qū)微機電產(chǎn)品線總監(jiān) 趙延輝

1 高精度的剛需

1.1 的10大應用場景

2019年10月底、11月初時,中國移動投入了3億多元,購置了4千多個基站,這些基站不是通常意義上的手機通信的基站,而是用來提供高精度位置服務(wù)的。

為什么中國移動要提供這種位置服務(wù)?因為現(xiàn)在5G時代正在到來,可以真正通過5G技術(shù)實現(xiàn)萬物互聯(lián)。萬物互聯(lián)之后,還需要知道“物”的準確位置。下圖列出了公認的需要高精度定位的10大應用,包括自動駕駛、手機定位等。

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1.2 彌補衛(wèi)星導航的不足

我國的北斗三號衛(wèi)星在2020年可以完成全球布局,也會為國內(nèi)利用北斗實現(xiàn)高精度位置服務(wù)的市場帶來井噴式的發(fā)展。這和MEMS有什么相關(guān)性呢?實際上,海量的需求連到網(wǎng)絡(luò)里需要位置的信息,是離不開慣性導航的,因為以下5方面會帶來很大的定位精度的誤差。

1)現(xiàn)在北斗三號衛(wèi)星的誤差精度大約是2.5~5 m的精度,這對很多應用還是遠遠不夠的,因為假如這時連著1個岔路口,導航有可能指引出錯誤的方向。因此,一定需要一些輔助的手段來提高衛(wèi)星導航的精度。

2)俗話說:做衛(wèi)星導航是靠天吃飯的,因為衛(wèi)星在外太空把信號傳過回來,首先要穿過大氣電離層和對流層,會有一定的折射誤差,因此手機及高精度的接收機都會收到一定的噪音。

3)能通過衛(wèi)星來定位,是因為我們準確地知道了衛(wèi)星的位置,但是衛(wèi)星也有軌道誤差。

4)在理論情況下,各種手機或接收機能夠接收到衛(wèi)星傳回來的信號。但很多人生活在城市峽谷里——不僅接收到衛(wèi)星直接傳回來的信號,還有衛(wèi)星信號打在建筑物上再折射回來的信號,它們會產(chǎn)生多路徑的效應。

5)一些場景沒有衛(wèi)星信號。例如汽車開進隧道或室內(nèi)停車場。這對于現(xiàn)在非常火爆的自動駕駛概念是個挑戰(zhàn),因為自動車行駛到隧道里,不能駛出車道線,一般行業(yè)要求精度不超過20 cm,這時候只能靠慣導了。慣導利用了MEMS技術(shù)。

1.3 MEMS慣導是定位安全的最后一到屏障

也許有人認為有點危言聳聽,例如車進入了隧道,還有很多其它技術(shù),例如還有視覺和雷達的技術(shù)都是可以用的。但是有兩點理由。

1)所有的其它技術(shù)都非常依賴于外部的環(huán)境。例如衛(wèi)星導航必須得能看到衛(wèi)星,才能利用衛(wèi)星導航。關(guān)于雷達,由于霧霾等空氣質(zhì)量的影響,雷達有可能失效。關(guān)于視覺,也和人眼一樣,以隧道場景為例,假如白天外面非常明亮,從一個很亮的環(huán)境忽然行駛到很暗的環(huán)境里,就像人眼會瞬間致盲一樣,這時候視覺也提供不了準確的位置判斷。還有在強光下,人會看不清東西,視覺也一樣。所以視覺受到太多的環(huán)境影響,包括車載里程計,車載路面打滑怎么辦?它們都太依靠外部的環(huán)境下。只有慣導IMU(慣性測量單元),不依賴于任何的外部環(huán)境。

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2)在做導航定位的時候,感覺導航更新較慢,例如車速開得很快的時候,到一個路口,開過去了才說岔路右轉(zhuǎn)。這是因為很多衛(wèi)星導航或者視覺更新速度太慢了,例如衛(wèi)星導航,一般是1 s更新1次,現(xiàn)在最快可以做到幾十Hz,即1 s更新幾十次。對于高端的應用,涉及到國防安全的應用,盡管最多可達幾百Hz級,仍遠遠達不到連續(xù)導航的水平。連續(xù)導航至少需要做到幾ms級,這是ADI IMU可以輕松做到的。

不過,IMU也并非十全十美,取決于多長時間,例如進入隧道了,在其它傳感器都失效的情況下,希望車不出車道線20 cm的精度,要依靠IMU 10 s、1 h都能做得到嗎?這時,依賴IMU的時間越長,需要選擇的傳感器的精度就要越高,這意味著在做傳感器融合的時候,并不是傳感器越多越好,而不考慮傳感器的性能。如果選擇不當,可能拿來的都是一些無用的數(shù)據(jù),無法實現(xiàn)精準的定位。



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