IMU慣性測量單元安裝及其使用條件

我們所說的慣性測量單元（IMU）包含了三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺，加速度計檢測物體在載體坐標系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號，而陀螺檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，測量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)，在導航中用著很重要的應用價值，慣性測量單元（IMU）PA-IMU-01D采用三個單軸的高精度MEMS陀螺儀和三個單軸的高精度MEMS加速度計，通過信號調(diào)理、A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度及安裝誤差補償，輸出載體運動信息。

IMU慣性測量可用于導航、控制和動態(tài)測量，此系列產(chǎn)品采用密封設(shè)計，在惡劣環(huán)境下仍能精密的測量運動載體的角速度和加速度信息。

慣性測量單元（IMU）可用于導航與制導控制、平臺穩(wěn)定與控制、通用航空、與 GPS 組合、船舶姿態(tài)的動態(tài)測量、采礦和自動耕作、火車和集裝箱跟蹤等。

1.3.IMU慣性測量單元使用環(huán)境條件

1．低氣壓

工作條件：在 65~102kPa 大氣壓力下能正常工作；承受條件：同工作條件。

2．高溫

工作條件：70℃能正常工作；承受條件：85℃。

3．低溫

工作條件：-40℃能正常工作；承受條件：-45℃。

4．濕熱

工作條件：在溫度 60℃、濕度 95％的環(huán)境下能正常工作；承受條件：同工作條件。

5．霉菌

工作條件：具有防霉菌能力；承受條件：同工作條件。

6．振動：20Hz--2000 Hz，6g。

7．沖擊：30g（11ms,半正弦）。

1．IMU慣性測量單元安裝

安裝產(chǎn)品前，用酒精擦拭產(chǎn)品并保證安裝基面清潔；安裝產(chǎn)品時盡量使產(chǎn)品坐標系和安裝，平臺坐標系保持一致，安裝平臺如果有擋板基面，使產(chǎn)品背面安裝基面緊靠擋板基面，然后用螺釘安裝固定。

IMU慣性測量單元正確機械裝配示意圖：

2．坐標系

坐標符合右手坐標系規(guī)則，即將 PA-IMU-01D 平放在一平面上，面向 PA-IMU-01D 的連接器方向，則正前方為 ?y+軸，正右方為 ?x+軸，正上方為 ?z+軸；產(chǎn)品 PA-IMU-01D 及坐標系

如圖 1 所示：圖 1 PA-IMU-01D 產(chǎn)品坐標系

PA-IMU-01D 速率傳感器測量給定軸的旋轉(zhuǎn)角速率，旋轉(zhuǎn)方向符合右手定則時，輸出角速率信息為正。例如，如果使 PA-IMU-01D 在水平面上逆時針轉(zhuǎn)動，可以在 z 軸得到正的角速率，

而 x 軸和 y 軸的角速率為零

3．接口條件

a) 設(shè)備具備 1 路 RS-422 串口，采用 5 線通訊方式，波特率為 115200bit/s，數(shù)據(jù)更新率≤10ms；

b) 設(shè)備輸出接口采用 9 芯微矩形連接器 PA-IMU-01D；

c) 供電電源及功耗：9V~36V，DC24V，功耗≤3W；

e) 產(chǎn)品管腳定義如表 3、表 4 所示：表 3 產(chǎn)品管腳定義 (9 芯微矩形連接器)

數(shù)字水平陀螺儀的測量數(shù)據(jù)封裝為 25 字節(jié)。?數(shù)據(jù)為 n Little Endian 格式。即低位（LSB）字節(jié)在先。

測量數(shù)據(jù)的解碼：測量數(shù)據(jù)封裝中，起始的幀頭和最后的校驗和用于同步通訊。中間依次是標志字節(jié)、計數(shù)器，陀螺儀三軸角速度，加速度計三軸加速度和溫度。具體為（注：標準產(chǎn)品為陀螺 300 度每秒，加速度計 10g；如需其他量程，請訂貨時說明）：

. a. 幀頭： unsigned char，十六進制的常數(shù)， 0xAA；

. b. FLAG： unsigned char，0X37。

. c. 計數(shù)： unsigned short，測量數(shù)據(jù)封裝的計數(shù)指示。每個數(shù)據(jù)周期中，計數(shù)器不斷遞增，滿值為 255，超過滿值溢出并從零開始。

. d. 陀螺儀 x-軸測量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型為 ?signed short。從測量值到測量角速率的轉(zhuǎn)換為：MEAS*GYRO_SCOPE/30000，MEAS 為陀螺儀 x 軸的當前測量值，而 GYRO_SCOPE 為陀螺的角度范圍。

. e. 陀螺儀 y-軸測量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型為 ?signed short。從測量值到測量角速率的轉(zhuǎn)換為：

MEAS*GYRO_SCOPE/30000，MEAS 為陀螺儀 y 軸的當前測量值，而 GYRO_SCOPE 為陀螺的角度范圍。

. f. 陀螺儀 z-軸測量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型為 ?signed short。從測量值到測量角速率的轉(zhuǎn)換為：

MEAS*GYRO_SCOPE/30000，MEAS 為陀螺儀 z 軸的當前測量值，而 GYRO_SCOPE 為陀螺的角度范圍。

. g. 加速度計 x-軸測量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型為 ?signed short。從測量值到測量加速度的轉(zhuǎn)換為：

MEAS*ACC_SCOPE/30000，MEAS 為加速度計 x 軸的當前測量值，而 ACC_SCOPE 為加速度的測量范圍。

. h. 加速度計 y-軸測量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型為 ?signed short。從測量值到測量加速度的轉(zhuǎn)換為：

MEAS*ACC_SCOPE/30000，MEAS 為加速度計 y 軸的當前測量值，而 ACC_SCOPE 為加速度的測量范圍。

. i. 加速度計 z-軸測量數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)類型為 ?signed short。從測量值到測量加速度的轉(zhuǎn)換為：

MEAS*ACC_SCOPE/30000，MEAS 為加速度計 z 軸的當前測量值，而 ACC_SCOPE 為加速度的測量范圍。

. j. 溫度測量： signed short。從測量值到測量溫度的轉(zhuǎn)換為：MEAS*0.01 ℃。

. k. 校驗和： unsigned char。按字節(jié)從 FLAG 到最后的溫度測量的無符號的總和。

慣性測量單元（IMU）產(chǎn)品使用

2.1. 產(chǎn)品使用指標：

1．大理石平臺（靜態(tài)指標）

. a. 操作方法輸出值，重復上電 5 次；

. b. 5 組數(shù)據(jù)的最大值即為設(shè)備的靜態(tài)精度。

2．搖擺臺（動態(tài)指標）

. a. 設(shè)備固定在三軸搖擺臺上，設(shè)備 X、Y、Z 三軸分別對應平行于搖擺臺中、外、內(nèi)框架軸（說明：設(shè)備 X、Y、Z 分別為載體橫滾、航向、俯仰，分別對應搖擺臺中、外、內(nèi)框架軸）；

. b. 啟動搖擺臺使其中、內(nèi)框架轉(zhuǎn)動至水平；

3．環(huán)境適應性

. a. 工作溫度：-40℃~＋70℃；

. b. 振動：20 Hz ~2000Hz，6g。

2.2. 產(chǎn)品直接使用

. a. 設(shè)備安裝時，應保證基準安裝面清潔，設(shè)備可用酒精擦拭，設(shè)備軸系坐標系應與安裝基面的坐標系一致并緊固牢固安裝；將數(shù)據(jù)電纜正確牢固連接；

. b. 確認系統(tǒng)提供設(shè)備的電源應滿足設(shè)備的功耗，系統(tǒng)及設(shè)備上電；

. c. 啟動系統(tǒng)主機，如設(shè)備沒有接收或輸出錯誤信息，請查看系統(tǒng)的通訊協(xié)議和設(shè)備是否一致。

2.3. 使用保管維護儲存搬運運輸要求

1．慣性測量單元（IMU）使用與保管

PA-IMU-01D 慣性測量單元為精密電子產(chǎn)品，使用時注意防塵、防潮、防霉，輕拿輕放，避免強烈沖擊和震動；

不能隨意打開底蓋，以免儀器受損；

機殼不屬于防水設(shè)計，應盡量避免在雨中使用或浸泡；

輸入電壓值必須為直流 9V~36V，如果輸入電壓過高，會導致產(chǎn)品損壞。

2．運輸與貯存

. a. 產(chǎn)品在運輸過程中應避免雨雪直接淋襲、太陽久曬、接觸腐蝕性氣體及機械損傷，產(chǎn)品在搬運過程中應注意輕搬輕放；

. b. 運輸和貯存過程中避免受潮、撞擊和磕碰，防止運輸時的人為和機械損傷。在運輸和貯存時，外包裝盒應保持干燥、清潔、無污染；

. c. 長期存放產(chǎn)品的倉庫環(huán)境溫度為 25±5℃，相對濕度不大于 80％，庫房內(nèi)應無酸堿及腐蝕性氣體，且無強烈的機械振動、沖擊、強磁場作用。

3. 故障排除維修

1. 場站級（使用者）

除設(shè)備本體故障，如連接器短路、短路等。

2. 基地級（維修站）

本設(shè)備屬于高精度、高技術(shù)的測量產(chǎn)品，所以設(shè)備一旦出現(xiàn)問題需返廠維修或更換。

3. 返廠級（制造者）

設(shè)備本體故障。

常見故障：

1) 無電流

用萬用表通斷檔檢測數(shù)據(jù)線，若數(shù)據(jù)線完好則判設(shè)備故障；

2）短路

用萬用表通斷檔檢測數(shù)據(jù)線，若數(shù)據(jù)線完好則判設(shè)備故障。