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密歇根大学开发新型陀螺仪,无需GPS即可导航

比普通手机陀螺仪精度高10000倍


  来源: 传感器专家网 时间:2020-03-26 编辑:清风
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用于移动电话的陀螺仪价格便宜但不准确。现在,密歇根大学开发了一种小型、廉价、高精度的陀螺仪,可以帮助无人机和自动驾驶汽车在没有GPS信号的情况下保持在正常轨道上。

    

密歇根大学的研究人员开发了一种高精度陀螺仪,可以帮助无人驾驶飞机和无人驾驶汽车在没有GPS信号的情况下保持在正轨。(密歇根大学)

UM的斯伦贝谢工程学以及电气工程和计算机科学教授Khalil Najafi说:“我们的陀螺仪比普通手机使用的陀螺仪精度高10000倍,但价格却比普通陀螺仪便宜10倍。这种陀螺仪比性能类似的大型陀螺仪便宜1000倍。”

大多数智能手机都包含陀螺仪,可以检测屏幕的方向并帮助弄清楚我们所面对的方向,但是其准确性很差。这就是为什么手机在导航过程中经常错误地指示用户朝向哪个方向的原因。

对一个在街上或开车的人来说,这可能无关紧要,但是一辆无人驾驶汽车可能会因为失去GPS信号而很快迷路。目前,自动驾驶汽车在其备用导航系统内部使用了更大且价格更高的高性能陀螺仪。

电气工程和计算机科学的助理研究科学家Jae Yoong Cho说:“高性能陀螺仪是一个瓶颈,而且已经存在很长一段时间了。这种陀螺仪可以通过在大多数自动驾驶汽车中使用高精度和低成本的惯性导航来消除这个瓶颈。”更好的备用导航设备也可以帮助士兵在GPS信号被干扰的地区找到出路。或者在更普通的情况下,精确的室内导航可以加快仓库机器人的速度。

能够在没有一致定向信号的情况下进行导航的设备称为惯性测量单元(IMU),它由三个加速度计和三个陀螺仪组成,空间中的每个轴一个。但是,如果要很好地了解使用现有IMU的方法是非常昂贵的,即使对于像自动驾驶汽车这样昂贵的设备,它也超出了范围。

制造这种价格合理的小型陀螺仪的关键是一个几乎对称的机械谐振器,它看起来像是一个用酒杯交叉的平底锅,宽一厘米。和酒杯一样,敲击玻璃时产生的铃声持续时间取决于酒杯的质量,但铃声不是陀螺仪的美学特征,而是对陀螺仪的功能至关重要。整个装置使用放置在玻璃谐振器周围的电极来推动和拉动玻璃,使其振铃并保持运转。振动运动穿过玻璃的方式揭示了陀螺仪在太空中旋转的时间、速度和程度。

帮助开发制造工艺的电气和计算机工程博士生Sajal Singh说:“基本上,玻璃谐振器会以一定的模式振动。如果你突然旋转它,则振动模式将希望保持其原始方向。因此,通过监视振动模式,可以直接测量旋转速度和角度。”

为了使它们的谐振器尽可能地完美,Najafi的团队首先从一块近乎完美的纯玻璃片(称为熔融石英)开始,其厚度约为四分之一毫米。他们使用喷灯加热玻璃,然后把它塑造成一个像堤坝一样的形状——被称为“水盆”谐振器,因为它也像一个倒立的水盆。

然后,他们在外壳上添加金属涂层,并在外壳周围放置电极,以启动和测量玻璃中的振动。整件东西都装在一个真空包装中,大约有一张邮票的脚印和半厘米高,这样可以防止空气迅速地抑制振动。 


关键词:陀螺仪 自动驾驶 GPS 导航    浏览量:432

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