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高端MEMS帮助位置服务、智能制造、地震预警
(2025年4月3日更新)

MEMS传感器已经发展了40多年,已经渗透到汽车、工业和人们的日常生活中。例如,手机中常用的麦克风和加速器。手机里的MEMS麦克风越来越多,以便更好地拾取声音;手机加速器的精度越来越高。例如,当你用手机导航时,当汽车进入隧道时,手机仍然可以导航。此时,它不再依赖于卫星导航,而是依赖于手机MEMS芯片实现。

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在交通方面,将使用汽车安全气囊、车身稳定控制或高速铁路上的一些安全监控MEMS。

在医疗方面,一个典型的案例是过去非常依赖医生的准确手术技术,现在使用了一些非常小的手术技术MEMS传感器能引导手术路径,让一些不那么专业的医生还能做专业的手术。

不久前,AD亚太微机电产品线总监赵延辉先生AD/AD介绍了代理等媒体MEMS位置服务、智能制造和地震监测中传感器的最新应用趋势,AD部分领先产品。

AD亚太地区微机电产品线总监 赵延辉

1 高精度精度位置服务

1.1 位置服务10个应用场景

2019年10月底和11月初,中国移动投资3亿多元,购买了4000多个基站。这些基站不是通常意义上的移动通信基站,而是用来提供高精度的定位服务。

为什么中国移动要提供这样的位置服务?因为现在5G时代即将到来,可以真正通过5G技术实现万物互联。万物互联后,需要知道物的准确位置。下图列出了自动驾驶、手机定位等需要高精度定位的十大应用。

1.2 弥补卫星导航的不足

2020年,中国北斗三号卫星可以完成全球布局,也将为利用北斗实现高精度定位服务的国内市场带来井喷式发展。MEMS相关性是什么?事实上,与惯性导航不可分割的是,大量需求与网络中需要位置的信息,因为以下五个方面会带来很大的定位精度误差。

1)目前北斗三号卫星的误差精度约为2.5~5 m对于许多应用程序来说,精度远远不够,因为如果此时连接一个岔路口,导航可能会引导错误的方向。因此,提高卫星导航精度必须有一些辅助手段。

2)俗话说:卫星导航取决于天空,因为卫星在外太空传输信号,首先通过大气电离层和对流层,会有一定的折射误差,所以手机和高精度接收器会收到一定的噪音。

3)之所以能通过卫星定位,是因为我们准确地知道卫星的位置,但是卫星也有轨道误差。

4)理论上,各种手机或接收器都能接收到卫星传回的信号。但许多人生活在城市峡谷中——不仅接收到卫星直接传回的信号,还接收到卫星信号在建筑物上反射的信号,它们会产生多路径效应。

5)有些场景没有卫星信号。例如,当汽车驶入隧道或室内停车场时。这对于目前非常流行的自动驾驶概念来说是一个挑战,因为当自动车驶入隧道时,它们无法驶出车道线。一般行业要求精度不超过20 cm,这个时候只能靠惯导。惯导用了MEMS技术。

1.3 MEMS惯导是定位安全的最后一个障碍

有些人可能认为这有点危言耸听。例如,当汽车进入隧道时,还有许多其他技术,如视觉和雷达。但有两个原因。

所有其他技术都非常依赖于外部环境。例如,在使用卫星导航之前,卫星导航必须能够看到卫星。由于雾霾等空气质量的影响,雷达可能会失效。至于视觉,就像人眼一样。以隧道场景为例。如果白天外面很亮,突然从明亮的环境开到黑暗的环境,就像人眼瞬间失明一样。此时,视觉无法提供准确的位置判断。在强光下,人们看不到东西,视觉也是如此。因此,视觉受到太多环境的影响,包括车载里程计如何打滑车载路面?它们都过于依赖外部环境。只有惯导IMU(惯性测量单元)不依赖任何外部环境。

2)做导航定位的时候,感觉导航更新比较慢,比如速度快的时候,去一个路口,开过去的时候说岔路口右转。这是因为许多卫星导航或视觉更新太慢,比如卫星导航,通常是1 s更新一次,现在最快可以做几十次Hz,即1 s几十次更新。虽然涉及国防安全的高端应用最多可达数百个Hz等级,还远远达不到连续导航的水平。连续导航至少需要几个ms级,这是AD IMU能轻松做到的。

不过,IMU也并非十全十美,取决于多长时间,例如进入隧道了,在其它传感器都失效的情况下,希望车不出车道线20 cm依靠精度IMU 10 s、1 h能做到吗?这时,依赖IMU需要选择的传感器时间越长,精度越高,这意味着传感器越多越好,而不考虑传感器的性能。如果选择不当,可能会带来一个AD中文官网一些无用的数据无法实现准确的定位。


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