IMU(InertialMeasurementUnit)是惯性测量单元,可以测量物体的三轴加速度和角速度。一般用于系统的测量环节,估计物体的位姿。IMU一般包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。加速度计检测物体在载体坐标系独立三轴上的加速度信号,陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号。空间中的角速度和加速度可以求解物体的位姿。MEMS IMU价格便宜、体积小,广泛应用于导航、无人机、VR、机器人、智能手环等众多领域。IMU的检测精度对于系统的整体性能非常重要。如果IMU检测到的噪声非常嘈杂,那么系统得到的反馈就是错误的,就像人的眼睛、耳朵等感官得到错误的信息一样。我们怎样才能自由行动呢?系统的底层是基础。如果系统底层不稳定,上层就很难发挥良好的作用。ERICCO一直严格控制IMU的精度,并一直追求IMU系统的改进。接下来,ERICCO还将推出新型高精度IMU产品。
1.零偏温度迟滞特性
零偏温度迟滞特性是指IMU在升温阶段和降温阶段对应的零偏不一致。有的IMU数据手册会给出零偏温度迟滞特性曲线,有的不会给出,最好在应用IMU的时候测试一下。由于IMU零偏的估计是根据温度进行校准的(IMU校准算法详细介绍),如果温度滞后差不是太大,校准精度会比较高;如果IMU零偏迟滞值太大,IMU零位标定误差会比较大,从而影响融合效果。
2.振动特性
在外部振动的情况下,IMU偏差随振动频率的变化特征。部分MEMS IMU芯片在高频激励下出现频率特性异常。对于旋翼无人机等容易发生高频振动的应用,一般都会测试振动特性。如果IMU频率特性异常,可以考虑。添加减震器。
3.重复上电对IMU偏差的影响
理想情况下,认为在相同的外部条件下,IMU每次上电时的偏置将保持相同。实际上,在相同的外部条件下,每次IMU上电时,IMU的偏置都会不同。如果差异比较大,则为零。偏差估计误差会比较大,影响融合效果。
4.压力对偏见的影响
应力对IMU的影响包括:应力力矩对偏置的影响,以及不同应力对偏置的影响。应力主要来自:PCB板对IMU芯片施加的应力、温控装置对IMU芯片施加的应力。如果IMU偏差对应力的影响过于敏感,也会影响零漂估计误差,从而影响融合效果。
5.冲击对零偏的影响
当IMU受到外部冲击(几十G量级)时,有可能IMU会卡住,或者偏差会发生变化。一般来说,应该进行测试。
6.非线性因子(%Fs)
理想情况下,我们认为传感器数据在该范围内是线性的。实际上,传感器的变化是非线性的。如图2所示,在使用IMU之前需要测试其非线性特性。如果非线性太严重,就应该进行非线性校准,这样的校准方法有很多,比如比例校准、二次拟合校准等。
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