傳感器在無人機中的應用

傳感器在無人機中的應用

TDK可針對所有類型的無人機提供一整套適用的傳感器，覆蓋從消費級/準專業級型號到工業用無人機。短短幾年間，無人機就迅速進入一個又一個應用領域并成為不可或缺的工具之一，包括農業、房地產和電影攝影等諸多領域。盡管成果顯著，但無人機仍擁有無限潛力待挖掘，因為它們幾乎可用于各種各樣的用途，包括交付、檢查、搜救、監控和測繪等等。

無人機的成功基礎是傳感器技術，需要依賴不同的傳感器達成兩個主要目的。首先是實現自身的功能，尤其是飛行和導航;其次是輔助功能，比如用于視覺的攝像頭、用于感知活動的運動探測器、用于檢測溫度的熱傳感器等。

傳感器在無人機中的應用

無人機的飛行穩定性已經很贊，為何還要進一步改進呢? 無人機的典型應用之一是用于檢查人類難以到達之處的結構的完整性，比如高架橋、偏遠位置管道或手機信號塔。無人機的探測能力，比如檢測出細微裂紋或松動連接器的能力，取決于它是否能在飛行時保持足夠時間的靜止。

此外，許多新的應用對無人機的安全性也提出了更高的要求。例如，住宅交付用的無人機不能誤入歧途，也不能在飛行途中失效。當無人機用于室內(比如監控自動化工廠中的線路或管道)或有人經常出沒的地方時，比如倉庫，也有同樣的要求。精度、準確性和可靠性將成為更為緊迫的優先事項。

隨著無人機的性能和安全性不斷提高，其用途會更廣，實用性會更強。而隨著傳感器集成的數量更多、種類更豐富、性能更好，無人機的能力和安全性都會變得更強。

為了滿足上述要求，TDK針對無人機應用提供了以下傳感器產品組合：

此外，我們還能為無人機傳感器的產品組合提供各種支持，包括廣泛的微控制器和嵌入式電機控制器，以及其他獨特的軟件支持。

IMU(慣性測量單元)/光學圖像穩定 (OIS) 傳感器

TDK是無人機IMU的領先供應商。TDK的IMU結合了3軸加速度計和3軸陀螺儀，能為無人機提供維持穩定飛行所需的數據，并能與GPS等其他系統融合用于航跡推算導航。由于這些功能至關重要，一架無人機通?？梢允褂枚鄠€IMU以實現更高的準確性和冗余。

主要原因包括：IMU可用作備用，在無人機至關重要的其他導航系統(如GPS)被屏蔽、中斷或完全失效時發揮作用。此外，對于根本無法使用GPS等類似服務的應用，IMU也不可或缺。

TDK不斷創新，力求通過可將性能和可靠性提升到新高度的工業級傳感器陣列和模塊持續完善我們的消費級IMU產品線。新產品線主打機器人、農業和高端精密應用。

TDK致力于為智能手機提供圖像穩定能力有著悠久的歷史，期間積累了豐富的專業知識和技術。這些技術能輕松用到無人機上。

電子穩像 (EIS) 利用IMU數據補償軟件中的運動。該方法通過捕獲圖像數據，然后應用軟件技術來補償相機移動引起的失真。

光學圖像穩定 (OIS) 可補償硬件中的運動。該方法通過分析相機所經歷的運動，然后對鏡頭進行物理干預以補償運動。當然，這些技術還能夠組合使用。

OIS/EIS是另一種基于傳感器的功能，可實現雙重目的。

首先，由于無人機采用基于視覺的定位和防撞原理，因此OIS/EIS可作為另一種可用于飛行穩定性的輸入。

無人機還可搭載機載攝像機用于航拍靜態圖片和視頻，并因此廣受青睞。借助IMU和OIS/EIS軟件，能將任何無人機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量氣壓變化。壓力傳感器長期以來一直用于商用航空，幫助確定飛行高度。而無人機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，能幫助控制無人機的飛行高度，從而改善飛行穩定性。

隨著無人機的應用日益普及，其飛行管制也變得更嚴格，包括美國聯邦航空管理局在內的許多監管機構都設定了飛行高度上限。因此對無人機飛行高度的精準控制也是一個重要的課題。

MEMS麥克風

TDK的高性能MEMS麥克風具有寬動態范圍和低功率的特點，能讓噪音大的無人機捕獲清晰的音頻數據。功能強大的麥克風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降噪(ANC)等功能可以幫助無人機更好地捕獲來自攝像機的高清音頻/視頻。

通過麥克風還有望實現無人機的自診斷功能。比如電機損傷通常具有獨特的聲音特征。隨著無人機日趨復雜的同時其價格也越來越昂貴，因此，提前發現問題并系統故障發生前進行糾正很有必要。

此外，麥克風的集成提供了實現語音控制的可能性。隨著TDK不斷改進MEMS麥克風和ANC技術，無人機廠商正在考慮實施更多用戶友好的界面選項，如語音命令。

超聲波ToF傳感器

TDK的超聲波飛行時間(ToF)傳感器是基于MEMS的PMUT(壓電微機械超聲換能器)，能夠準確探測10厘米至5米范圍內的物體。一架配備了ToF傳感器的無人機可以探測到前方障礙物，從而規避繞行。

防撞功能至關重要，因為不僅要防止無人機因碰撞而受損，還要保障附近人和物的安全。

使用向下探測的ToF傳感器可達成上述目標，同時還有助于實現無人機的精準和自動著陸。TDK的超聲波ToF技術還可以準確探測到即將著陸的表面的性質，從而能夠避免無人機“降落”到水面上等經常出現的烏龍問題，這一點也至關重要。

溫度傳感器

TDK溫度傳感器可實現無人機電機繞組的溫度控制。

通過測量運行時的溫升并檢測高溫電位，可優化熱管理，從而確保無人機的安全運行，延長電池和電機的使用壽命。

溫度傳感器還可用作傳統的基于功率的溫度計算之外的冗余溫度控制，確保無人機實現可控操作和下降。G541系列具有尺寸小、響應時間快和工作溫度高(高達260℃)的特點。

后續發展

TDK致力于傳感器技術的持續創新，比如我們正在探索在無人機上使用磁力計。

磁力計在定位方面非常有用，通過與傳感器融合已經能夠成功用于智能手機的定位，而這種成熟的技術可以輕松地應用到無人機上。

另外，磁力計還能非常精確的測量電機的轉數。為什么這很有用呢? 這是因為無人機通常通過調整其轉子之間的相對速度來實現導航。提高無人機飛行精度的一種方法是更精確地控制無人機的電機，這就需要更精確地檢測電機轉速。

當然，以上的介紹只是傳感器諸多應用中的示例之一。就無人機的基本性能及其可處理的事情而言，無人機日臻完善。而TDK正通過自身的傳感器技術來推動實現這一切。

審核編輯：湯梓紅