Thiết bị IMU (hay thiết bị cảm biến chuyển động quán tính) sử dụng các công nghệ cảm biến khác nhau sẽ cho độ chính xác, chi phí và thời gian bảo trì,… khác nhau. Trong bài viết sau, Đất Hợp sẽ so sánh ưu, nhược điểm giữa các thiết bị IMU sử dụng công nghệ cảm biến khác nhau.
Thiết bị IMU là gì? Các loại cảm biến phổ biến
– Thiết bị IMU là gì?
Một thiết bị cảm biến chuyển động (IMU) là một thiết bị điện tử có khả năng đo và báo cáo lực cụ thể, tốc độ góc và đôi khi là hướng của một vật thể. Thiết bị IMU sử dụng sự kết hợp của các gia tốc kế, con quay hồi chuyển và đôi khi là các từ kế. Khi từ kế được sử dụng, IMU được gọi là IMMUs.
Gia tốc kế của hãng Honeywell, thường được sử dụng ở các thiết bị IMU.
IMU thường được tích hợp vào các hệ thống định hướng trọng lực, sử dụng các số liệu đo lường thô từ IMU để tính toán tư thế, tốc độ góc, vận tốc tuyến tính và vị trí liên quan đến một khung tham chiếu toàn cầu. IMU cũng là các thành phần thiết yếu trong việc điều khiển và hướng dẫn nhiều phương tiện thương mại và quân sự như máy bay có người lái, tên lửa, tàu thuỷ, tàu ngầm và vệ tinh.
– Các loại cảm biến phổ biến trên thiết bị IMU
Có nhiều loại công nghệ được sử dụng để sản xuất các cảm biến cho IMU, nhưng hai loại phổ biến nhất là MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) và FOG (Fibre-Optic Gyroscopes). Các công nghệ này có những ưu và nhược điểm khác nhau về độ chính xác, bảo trì, giá cả và ứng dụng.
Thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) và FOG (Fibre-Optic Gyroscopes).
So sánh thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS với FOG
– Cảm biến MEMS là gì? Cảm biến FOG là gì?
Cảm biến MEMS là một công nghệ cho phép sản xuất các cấu trúc cơ khí nhỏ gọn bằng cách sử dụng các kỹ thuật chế tạo vi điện tử. Các cảm biến MEMS cho IMU bao gồm các gia tốc kế, con quay hồi chuyển, từ kế và cảm biến áp suất.
Cảm biến FOG là một loại con quay hồi chuyển quang học sử dụng hiệu ứng Sagnac để đo tốc độ góc của một vật thể. FOG hoạt động bằng cách phát ra ánh sáng từ một nguồn laser vào một sợi quang xoắn quanh một trục. Ánh sáng được chia thành hai luồng đi ngược chiều nhau trong sợi quang. Khi vật thể quay, một luồng ánh sáng sẽ có độ trễ so với luồng kia do hiệu ứng Doppler. Độ trễ này được đo bằng một bộ ph-detect và được chuyển đổi thành tốc độ góc.
Sự dịch pha (Phase Shift) giữa 1 nguồn sáng được phát ngược chiều nhau trong 1 cuộn dây quang học. (Hiệu ứng Sagnac)
– So sánh thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS với FOG
| So sánh ưu và nhược điểm | Thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS | Thiết bị IMU sử dụng cảm biến FOG |
|---|---|---|
| Ưu điểm | – Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ. – Tiêu thụ điện năng thấp. – Khả năng chịu sốc cao. – Chi phí sản xuất rẻ. |
– Độ chính xác cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và rung động. -Không có các bộ phận cơ khí chuyển động nên không bị mòn và không cần bảo trì thường xuyên. – Có dải đo và độ phân giải rộng. |
| Nhược điểm | – Độ nhạy cao với nhiệt độ và rung động. – Sai số tích lũy lớn do hiệu ứng bias (sai số không mong muốn trong quá trình đo) và drift (sự thay đổi sai số theo thời gian). – Giới hạn về dải đo và độ phân giải. |
– Kích thước lớn, trọng lượng nặng. – Tiêu thụ điện năng cao. – Chi phí sản xuất đắt và khó tích hợp với các cảm biến khác |
| Ứng dụng | Thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác thấp hoặc trung bình, như điện thoại thông minh, máy tính bảng, thiết bị theo dõi sức khỏe hoặc xe tự lái. | Thiết bị IMU sử dụng cảm biến FOG thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, như máy bay không người lái, tàu ngầm, vệ tinh hoặc hệ thống phòng thủ. |
Bên cạnh đó, một nghiên cứu so sánh độ chính xác của các thiết bị IMU sử dụng công nghệ MEMS và FOG cho thấy rằng FOG có sai số nhỏ hơn MEMS trong việc xác định góc Euler (góc quay quanh các trục X, Y và Z) của một vật thể. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng MEMS có thể cải thiện độ chính xác bằng cách sử dụng các thuật toán lọc Kalman để giảm thiểu sai số Bias và Drift.
Tóm lại, các công nghệ khác nhau cho IMU có những ưu và nhược điểm riêng biệt về độ chính xác, bảo trì, giá cả và ứng dụng:
- MEMS là một công nghệ phổ biến cho IMU do kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, tiêu thụ điện năng thấp và chi phí sản xuất rẻ. Tuy nhiên, MEMS có độ chính xác thấp hoặc trung bình do ảnh hưởng của nhiệt độ và rung động, sai số Bias và Drift.
- FOG là một công nghệ cao cấp cho IMU do độ chính xác cao, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và rung động, không cần bảo trì thường xuyên và có dải đo và độ phân giải rộng. Tuy nhiên, FOG có kích thước lớn, trọng lượng nặng, tiêu thụ điện năng cao và chi phí sản xuất đắt.
Với những thông tin trên, Đất Hợp hy vọng quý khách hàng đã có thể so sánh những ưu, nhược điểm giữa thiết bị IMU sử dụng cảm biến MEMS và FOGS, từ đó có thể chọn thiết bị phù hợp theo nhu cầu của mình. Ngoài ra, nếu có bất kỳ thắc mắc nào, hãy liên hệ ngay đến HOTLINE 0903 825 125 để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng nhất!
>>> Xem thêm: Có cần đưa dữ liệu GPS và Gyro Compass vào cảm biến chuyển động?
