工业惯性对工业区位选择的影响（工业惯性的例子）

惯性传感器系统通常也称为惯性测量单元(IMU)，通常嵌入机器中以监测运动并提供解释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 通常包含多轴陀螺仪。

工业环境中的挑战

工业环境是电气和电子设备运行中最具挑战性和最苛刻的环境之一，并且通常肮脏、嘈杂（声学和电气），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代名词，但人们越来越期望在户外使用且经常遭受恶劣条件和恶劣影响的监控设备、农业设备、建筑设备和自动化设备也能达到相同的性能标准。 GPS 可见性。在这些环境中运行的设备必须满足高性能标准，以确保稳健性和可靠性。

如今，在恶劣环境中使用惯性运动传感器的一些最常见应用包括：

监控工业机械的性能

将传感器深深嵌入机器中以尽早准确地检测性能变化具有巨大的价值。例如，惯性传感器可以检测轴承磨损引起的振动频率的变化，从而可以在设备总体故障发生之前进行预防性维护。

自动驾驶车辆的高精度导航

自动化机器在工业市场中越来越受欢迎。全球导航卫星系统(GNSS) 和惯性导航系统(INS) 通常用于辅助实用和农业无人机、精准农业和最后一英里交付设备等应用中的自主导航，这些应用经常暴露在高温、高振动下、GPS能见度差等恶劣环境条件。

振动传感

振动传感越来越受欢迎，并且是ISO 标准所要求的。如今，大多数电机、泵、输送系统甚至电动汽车制造商都关心在正确的时间进行维护更新，因为太早或太晚维修设备都会对生产产生负面影响。

为了预测故障，MEMS 振动传感器可用于设计基于状态的监测系统(CBM)。 CBM 是一种更高级别的振动监测器，它将多个传感器（例如温度传感器、麦克风和振动传感器）组合在一个系统中，为最终应用提供更好的预测传感。这些CBM 还能够学习机器行为并执行实时分析。

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。该传感器的特点包括：

3dB 带宽是可配置的，配置为2kHz 时，输出数据速率(ODR) 等于8kHz，而配置为4kHz 时，ODR 等于16kHz。能够为系统同步提供外部时钟低功耗，典型电流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，并可承受高达20,000g 的冲击。其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% ODR 精度。此功能使系统更加稳定且噪音更少。最后，WOM功能还可以为使用电池作为电源的客户提供出色的节能效果。

图2 突出显示了传感器的主要功能。

图：上述详细规格突出了3 轴加速度计的主要特性。

为高端产业保驾护航

还有6 轴IMU 模块，例如IIM-46234 和IIM-46230，其中包含基于MEMS 的超低噪声传感器，即使在恶劣的工业条件下也能提供精确的惯性测量。这些模块将多个陀螺仪和加速度计的功能结合在一个封装中，非常适合自主应用中使用的高端GNSS/INS 模块等应用。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 说明了可以从使用这些模块中受益的各种应用程序。

这些IMU 模块的特性包括：

偏置不稳定性低，漂移少，并且对温度变化不敏感。能够提供三轴、增量角度和增量速度输出。工厂校准可确保偏置灵敏度、偏置和G 灵敏度随温度变化的准确性。加速度计和陀螺仪输出测量结果可以动态校正，并存储用户配置的偏移、灵敏度和偏置值。 GNSS/GPS 中断期间性能可靠。 IMU 模块还包括两项可为最终用户提供显着优势的功能。它们集成了TDK 专有的容错技术SensorFT，该技术提供内置冗余和预警系统。这意味着这些模块可以容忍一个或多个内部故障而不会完全禁用。此外，它们还提供有关其性能水平的持续状态变化，这有助于延长最终产品的整体使用寿命和定期维护周期。

凭借以微秒为单位的精确时间戳（25ppm 漂移），用户可以选择提供外部PPS 同步脉冲来同步内部时间戳，或者提供UTC 时间戳和PPS 脉冲来将内部时间戳与外部系统时间匹配。

IIM-46234 模块在精密应用中提供高性能。另一方面，IIM-46230模块可以以较低的成本提供，适合不需要相同精度水平但仍需要方便、稳健和准确的惯性测量的应用。图4 说明了每个模块的功能。

图：IIM-46234与IIM-46230模块性能规格对比表。

IIM-46230 和IIM-46234 模块附带的评估套件可用于轻松分析这些功能。

IMU为机器提供检测加速度、倾斜、冲击、振动和旋转的能力，使机器能够感知并响应外部环境。随着电子产品在工业应用中的使用不断增加，IMU 必须能够承受恶劣的环境条件，同时保持高水平的精度和性能。

作者：CAMILO DELGADO EET 电子工程专辑原创