传感器在无人机中的应用

传感器在无人机中的应用

TDK可针对所有类型的无人机提供一整套适用的传感器，覆盖从消费级/准专业级型号到工业用无人机。短短几年间，无人机就迅速进入一个又一个应用领域并成为不可或缺的工具之一，包括农业、房地产和电影摄影等诸多领域。尽管成果显著，但无人机仍拥有无限潜力待挖掘，因为它们几乎可用于各种各样的用途，包括交付、检查、搜救、监控和测绘等等。

无人机的成功基础是传感器技术，需要依赖不同的传感器达成两个主要目的。首先是实现自身的功能，尤其是飞行和导航;其次是辅助功能，比如用于视觉的摄像头、用于感知活动的运动探测器、用于检测温度的热传感器等。

传感器在无人机中的应用

无人机的飞行稳定性已经很赞，为何还要进一步改进呢? 无人机的典型应用之一是用于检查人类难以到达之处的结构的完整性，比如高架桥、偏远位置管道或手机信号塔。无人机的探测能力，比如检测出细微裂纹或松动连接器的能力，取决于它是否能在飞行时保持足够时间的静止。

此外，许多新的应用对无人机的安全性也提出了更高的要求。例如，住宅交付用的无人机不能误入歧途，也不能在飞行途中失效。当无人机用于室内(比如监控自动化工厂中的线路或管道)或有人经常出没的地方时，比如仓库，也有同样的要求。精度、准确性和可靠性将成为更为紧迫的优先事项。

随着无人机的性能和安全性不断提高，其用途会更广，实用性会更强。而随着传感器集成的数量更多、种类更丰富、性能更好，无人机的能力和安全性都会变得更强。

为了满足上述要求，TDK针对无人机应用提供了以下传感器产品组合：

IMU（惯性测量单元）	TDK SmartMotion /SmartIndustrial™
气压传感器	SmartPressure™
MEMS麦克风	TDK SmartSound™
超声波ToF传感器	TDK SmartSonic™
光学图像稳定 (OIS) 传感器	TDK SmartMotion™
温度传感器	TDK G541系列

此外，我们还能为无人机传感器的产品组合提供各种支持，包括广泛的微控制器和嵌入式电机控制器，以及其他独特的软件支持。

IMU(惯性测量单元)/光学图像稳定 (OIS) 传感器

TDK是无人机IMU的领先供应商。TDK的IMU结合了3轴加速度计和3轴陀螺仪，能为无人机提供维持稳定飞行所需的数据，并能与GPS等其他系统融合用于航迹推算导航。由于这些功能至关重要，一架无人机通常可以使用多个IMU以实现更高的准确性和冗余。

主要原因包括：IMU可用作备用，在无人机至关重要的其他导航系统(如GPS)被屏蔽、中断或完全失效时发挥作用。此外，对于根本无法使用GPS等类似服务的应用，IMU也不可或缺。

TDK不断创新，力求通过可将性能和可靠性提升到新高度的工业级传感器阵列和模块持续完善我们的消费级IMU产品线。新产品线主打机器人、农业和高端精密应用。

TDK致力于为智能手机提供图像稳定能力有着悠久的历史，期间积累了丰富的专业知识和技术。这些技术能轻松用到无人机上。

电子稳像 (EIS) 利用IMU数据补偿软件中的运动。该方法通过捕获图像数据，然后应用软件技术来补偿相机移动引起的失真。

光学图像稳定 (OIS) 可补偿硬件中的运动。该方法通过分析相机所经历的运动，然后对镜头进行物理干预以补偿运动。当然，这些技术还能够组合使用。

OIS/EIS是另一种基于传感器的功能，可实现双重目的。

首先，由于无人机采用基于视觉的定位和防撞原理，因此OIS/EIS可作为另一种可用于飞行稳定性的输入。

无人机还可搭载机载摄像机用于航拍静态图片和视频，并因此广受青睐。借助IMU和OIS/EIS软件，能将任何无人机变成高分辨率摄影器。

气压传感器

TDK的压力传感器能精确测量气压变化。压力传感器长期以来一直用于商用航空，帮助确定飞行高度。而无人机自然能将其用于相同的目的。压力传感器搭配IMU一起使用时，能帮助控制无人机的飞行高度，从而改善飞行稳定性。

随着无人机的应用日益普及，其飞行管制也变得更严格，包括美国联邦航空管理局在内的许多监管机构都设定了飞行高度上限。因此对无人机飞行高度的精准控制也是一个重要的课题。

MEMS麦克风

TDK的高性能MEMS麦克风具有宽动态范围和低功率的特点，能让噪音大的无人机捕获清晰的音频数据。功能强大的麦克风阵列能帮助捕获音频特征并提供可靠的解决方案。

如螺旋桨降噪和主动降噪(ANC)等功能可以帮助无人机更好地捕获来自摄像机的高清音频/视频。

通过麦克风还有望实现无人机的自诊断功能。比如电机损伤通常具有独特的声音特征。随着无人机日趋复杂的同时其价格也越来越昂贵，因此，提前发现问题并系统故障发生前进行纠正很有必要。

此外，麦克风的集成提供了实现语音控制的可能性。随着TDK不断改进MEMS麦克风和ANC技术，无人机厂商正在考虑实施更多用户友好的界面选项，如语音命令。

超声波ToF传感器

TDK的超声波飞行时间(ToF)传感器是基于MEMS的PMUT(压电微机械超声换能器)，能够准确探测10厘米至5米范围内的物体。一架配备了ToF传感器的无人机可以探测到前方障碍物，从而规避绕行。

防撞功能至关重要，因为不仅要防止无人机因碰撞而受损，还要保障附近人和物的安全。

使用向下探测的ToF传感器可达成上述目标，同时还有助于实现无人机的精准和自动着陆。TDK的超声波ToF技术还可以准确探测到即将着陆的表面的性质，从而能够避免无人机“降落”到水面上等经常出现的乌龙问题，这一点也至关重要。

温度传感器

TDK温度传感器可实现无人机电机绕组的温度控制。

通过测量运行时的温升并检测高温电位，可优化热管理，从而确保无人机的安全运行，延长电池和电机的使用寿命。

温度传感器还可用作传统的基于功率的温度计算之外的冗余温度控制，确保无人机实现可控操作和下降。G541系列具有尺寸小、响应时间快和工作温度高(高达260℃)的特点。

后续发展

TDK致力于传感器技术的持续创新，比如我们正在探索在无人机上使用磁力计。

磁力计在定位方面非常有用，通过与传感器融合已经能够成功用于智能手机的定位，而这种成熟的技术可以轻松地应用到无人机上。

另外，磁力计还能非常精确的测量电机的转数。为什么这很有用呢? 这是因为无人机通常通过调整其转子之间的相对速度来实现导航。提高无人机飞行精度的一种方法是更精确地控制无人机的电机，这就需要更精确地检测电机转速。

当然，以上的介绍只是传感器诸多应用中的示例之一。就无人机的基本性能及其可处理的事情而言，无人机日臻完善。而TDK正通过自身的传感器技术来推动实现这一切。

审核编辑：汤梓红