傳感器在無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用

傳感器在無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用

TDK可針對(duì)所有類型的無(wú)人機(jī)提供一整套適用的傳感器，覆蓋從消費(fèi)級(jí)/準(zhǔn)專業(yè)級(jí)型號(hào)到工業(yè)用無(wú)人機(jī)。短短幾年間，無(wú)人機(jī)就迅速進(jìn)入一個(gè)又一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域并成為不可或缺的工具之一，包括農(nóng)業(yè)、房地產(chǎn)和電影攝影等諸多領(lǐng)域。盡管成果顯著，但無(wú)人機(jī)仍擁有無(wú)限潛力待挖掘，因?yàn)樗鼈儙缀蹩捎糜诟鞣N各樣的用途，包括交付、檢查、搜救、監(jiān)控和測(cè)繪等等。

無(wú)人機(jī)的成功基礎(chǔ)是傳感器技術(shù)，需要依賴不同的傳感器達(dá)成兩個(gè)主要目的。首先是實(shí)現(xiàn)自身的功能，尤其是飛行和導(dǎo)航;其次是輔助功能，比如用于視覺(jué)的攝像頭、用于感知活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)探測(cè)器、用于檢測(cè)溫度的熱傳感器等。

傳感器在無(wú)人機(jī)中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)的飛行穩(wěn)定性已經(jīng)很贊，為何還要進(jìn)一步改進(jìn)呢? 無(wú)人機(jī)的典型應(yīng)用之一是用于檢查人類難以到達(dá)之處的結(jié)構(gòu)的完整性，比如高架橋、偏遠(yuǎn)位置管道或手機(jī)信號(hào)塔。無(wú)人機(jī)的探測(cè)能力，比如檢測(cè)出細(xì)微裂紋或松動(dòng)連接器的能力，取決于它是否能在飛行時(shí)保持足夠時(shí)間的靜止。

此外，許多新的應(yīng)用對(duì)無(wú)人機(jī)的安全性也提出了更高的要求。例如，住宅交付用的無(wú)人機(jī)不能誤入歧途，也不能在飛行途中失效。當(dāng)無(wú)人機(jī)用于室內(nèi)(比如監(jiān)控自動(dòng)化工廠中的線路或管道)或有人經(jīng)常出沒(méi)的地方時(shí)，比如倉(cāng)庫(kù)，也有同樣的要求。精度、準(zhǔn)確性和可靠性將成為更為緊迫的優(yōu)先事項(xiàng)。

隨著無(wú)人機(jī)的性能和安全性不斷提高，其用途會(huì)更廣，實(shí)用性會(huì)更強(qiáng)。而隨著傳感器集成的數(shù)量更多、種類更豐富、性能更好，無(wú)人機(jī)的能力和安全性都會(huì)變得更強(qiáng)。

為了滿足上述要求，TDK針對(duì)無(wú)人機(jī)應(yīng)用提供了以下傳感器產(chǎn)品組合：

此外，我們還能為無(wú)人機(jī)傳感器的產(chǎn)品組合提供各種支持，包括廣泛的微控制器和嵌入式電機(jī)控制器，以及其他獨(dú)特的軟件支持。

IMU(慣性測(cè)量單元)/光學(xué)圖像穩(wěn)定 (OIS) 傳感器

TDK是無(wú)人機(jī)IMU的領(lǐng)先供應(yīng)商。TDK的IMU結(jié)合了3軸加速度計(jì)和3軸陀螺儀，能為無(wú)人機(jī)提供維持穩(wěn)定飛行所需的數(shù)據(jù)，并能與GPS等其他系統(tǒng)融合用于航跡推算導(dǎo)航。由于這些功能至關(guān)重要，一架無(wú)人機(jī)通?？梢允褂枚鄠€(gè)IMU以實(shí)現(xiàn)更高的準(zhǔn)確性和冗余。

主要原因包括：IMU可用作備用，在無(wú)人機(jī)至關(guān)重要的其他導(dǎo)航系統(tǒng)(如GPS)被屏蔽、中斷或完全失效時(shí)發(fā)揮作用。此外，對(duì)于根本無(wú)法使用GPS等類似服務(wù)的應(yīng)用，IMU也不可或缺。

TDK不斷創(chuàng)新，力求通過(guò)可將性能和可靠性提升到新高度的工業(yè)級(jí)傳感器陣列和模塊持續(xù)完善我們的消費(fèi)級(jí)IMU產(chǎn)品線。新產(chǎn)品線主打機(jī)器人、農(nóng)業(yè)和高端精密應(yīng)用。

TDK致力于為智能手機(jī)提供圖像穩(wěn)定能力有著悠久的歷史，期間積累了豐富的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)。這些技術(shù)能輕松用到無(wú)人機(jī)上。

電子穩(wěn)像 (EIS) 利用IMU數(shù)據(jù)補(bǔ)償軟件中的運(yùn)動(dòng)。該方法通過(guò)捕獲圖像數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用軟件技術(shù)來(lái)補(bǔ)償相機(jī)移動(dòng)引起的失真。

光學(xué)圖像穩(wěn)定 (OIS) 可補(bǔ)償硬件中的運(yùn)動(dòng)。該方法通過(guò)分析相機(jī)所經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)，然后對(duì)鏡頭進(jìn)行物理干預(yù)以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，這些技術(shù)還能夠組合使用。

OIS/EIS是另一種基于傳感器的功能，可實(shí)現(xiàn)雙重目的。

首先，由于無(wú)人機(jī)采用基于視覺(jué)的定位和防撞原理，因此OIS/EIS可作為另一種可用于飛行穩(wěn)定性的輸入。

無(wú)人機(jī)還可搭載機(jī)載攝像機(jī)用于航拍靜態(tài)圖片和視頻，并因此廣受青睞。借助IMU和OIS/EIS軟件，能將任何無(wú)人機(jī)變成高分辨率攝影器。

氣壓傳感器

TDK的壓力傳感器能精確測(cè)量氣壓變化。壓力傳感器長(zhǎng)期以來(lái)一直用于商用航空，幫助確定飛行高度。而無(wú)人機(jī)自然能將其用于相同的目的。壓力傳感器搭配IMU一起使用時(shí)，能幫助控制無(wú)人機(jī)的飛行高度，從而改善飛行穩(wěn)定性。

隨著無(wú)人機(jī)的應(yīng)用日益普及，其飛行管制也變得更嚴(yán)格，包括美國(guó)聯(lián)邦航空管理局在內(nèi)的許多監(jiān)管機(jī)構(gòu)都設(shè)定了飛行高度上限。因此對(duì)無(wú)人機(jī)飛行高度的精準(zhǔn)控制也是一個(gè)重要的課題。

MEMS麥克風(fēng)

TDK的高性能MEMS麥克風(fēng)具有寬動(dòng)態(tài)范圍和低功率的特點(diǎn)，能讓噪音大的無(wú)人機(jī)捕獲清晰的音頻數(shù)據(jù)。功能強(qiáng)大的麥克風(fēng)陣列能幫助捕獲音頻特征并提供可靠的解決方案。

如螺旋槳降噪和主動(dòng)降噪(ANC)等功能可以幫助無(wú)人機(jī)更好地捕獲來(lái)自攝像機(jī)的高清音頻/視頻。

通過(guò)麥克風(fēng)還有望實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自診斷功能。比如電機(jī)損傷通常具有獨(dú)特的聲音特征。隨著無(wú)人機(jī)日趨復(fù)雜的同時(shí)其價(jià)格也越來(lái)越昂貴，因此，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并系統(tǒng)故障發(fā)生前進(jìn)行糾正很有必要。

此外，麥克風(fēng)的集成提供了實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制的可能性。隨著TDK不斷改進(jìn)MEMS麥克風(fēng)和ANC技術(shù)，無(wú)人機(jī)廠商正在考慮實(shí)施更多用戶友好的界面選項(xiàng)，如語(yǔ)音命令。

超聲波ToF傳感器

TDK的超聲波飛行時(shí)間(ToF)傳感器是基于MEMS的PMUT(壓電微機(jī)械超聲換能器)，能夠準(zhǔn)確探測(cè)10厘米至5米范圍內(nèi)的物體。一架配備了ToF傳感器的無(wú)人機(jī)可以探測(cè)到前方障礙物，從而規(guī)避繞行。

防撞功能至關(guān)重要，因?yàn)椴粌H要防止無(wú)人機(jī)因碰撞而受損，還要保障附近人和物的安全。

使用向下探測(cè)的ToF傳感器可達(dá)成上述目標(biāo)，同時(shí)還有助于實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的精準(zhǔn)和自動(dòng)著陸。TDK的超聲波ToF技術(shù)還可以準(zhǔn)確探測(cè)到即將著陸的表面的性質(zhì)，從而能夠避免無(wú)人機(jī)“降落”到水面上等經(jīng)常出現(xiàn)的烏龍問(wèn)題，這一點(diǎn)也至關(guān)重要。

溫度傳感器

TDK溫度傳感器可實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)電機(jī)繞組的溫度控制。

通過(guò)測(cè)量運(yùn)行時(shí)的溫升并檢測(cè)高溫電位，可優(yōu)化熱管理，從而確保無(wú)人機(jī)的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)電池和電機(jī)的使用壽命。

溫度傳感器還可用作傳統(tǒng)的基于功率的溫度計(jì)算之外的冗余溫度控制，確保無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)可控操作和下降。G541系列具有尺寸小、響應(yīng)時(shí)間快和工作溫度高(高達(dá)260℃)的特點(diǎn)。

后續(xù)發(fā)展

TDK致力于傳感器技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，比如我們正在探索在無(wú)人機(jī)上使用磁力計(jì)。

磁力計(jì)在定位方面非常有用，通過(guò)與傳感器融合已經(jīng)能夠成功用于智能手機(jī)的定位，而這種成熟的技術(shù)可以輕松地應(yīng)用到無(wú)人機(jī)上。

另外，磁力計(jì)還能非常精確的測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。為什么這很有用呢? 這是因?yàn)闊o(wú)人機(jī)通常通過(guò)調(diào)整其轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。提高無(wú)人機(jī)飛行精度的一種方法是更精確地控制無(wú)人機(jī)的電機(jī)，這就需要更精確地檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

當(dāng)然，以上的介紹只是傳感器諸多應(yīng)用中的示例之一。就無(wú)人機(jī)的基本性能及其可處理的事情而言，無(wú)人機(jī)日臻完善。而TDK正通過(guò)自身的傳感器技術(shù)來(lái)推動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一切。

審核編輯：湯梓紅