在手机上玩游戏时在汽车之间穿梭，在风向变化的情况下让四轴飞行器保持漂浮，用机器人给你的房子吸尘，以及在佩戴 VR 耳机时翻译你的精确动作，所有这些都有一个共同点。它们都使用传感器，特别是 IMU（惯性测量单元），以便正常运行。
在我们具体讨论 IMU 之前，让我们先从更广泛的角度开始。传感器是一种与其他电子设备配合使用的电子设备，旨在检测环境的变化，例如光、声音或运动。然后，传感器将该信息传递回与其连接的电子设备。
• 触觉输入：按钮或触摸屏
• 动作输入：您的手机会识别您已将其转为宽屏
• 光输入：您的车头灯在夜间打开
• 温度输入：恒温器自动向上或向下调节
• 湿度/水分输入：挡风玻璃雨刷器在雨中打开
• 磁场输入：您的 GPS 知道您前进的方向
• 振动输入：监控油田中的石油钻机以确保安全
• 化学品输入：一氧化碳探测器发出危险水平信号
• 生物输入：检测肿瘤、升高的血液水平或毒素
IMU 是一种特定类型的惯性传感器，可测量角速率、力，有时还测量磁场。 IMU 传感器由 3 轴加速度计和 3 轴陀螺仪组成，可被视为6 轴 IMU。它们还可以包括一个额外的 3 轴磁力计，这将被视为9 轴IMU。从技术上讲，术语“IMU”仅指传感器，但 IMU 通常与传感器融合软件配对，该软件结合来自多个传感器的数据来提供方向和航向测量。在通常的用法中，术语“IMU”可以用来指传感器和传感器融合软件的组合；这种组合也称为 AHRS（姿态航向参考系统）。
IMU 的常见应用包括确定 GPS 系统中的方向、跟踪手机和视频游戏遥控器等消费电子产品中的运动，或在 AR（增强现实）和 VR（虚拟现实）系统中跟踪用户的头部运动。此运动和方向信息还适用于保持无人机的平衡、改善机器人吸尘器以及其他物联网和联网家庭设备的航向。
在工业用途中，您可以使用 IMU 来对准和测量天线等设备的位置。 IMU 还用于帮助操纵飞机，无论是否有人驾驶。在消费者空域，一些机上娱乐系统在遥控器中使用 IMU，以除了触摸之外还增加了可访问性。LG 智能电视遥控器也采用了类似的方法，它允许用户通过直观的点击方法而不是方向按钮来控制电视的用户界面。
未来的应用可能会看到 IMU 与 GPS（全球定位系统）、RF（射频）和 LiDAR（光探测和测距）等技术更紧密的集成和融合，这将能够准确定位人员、车辆和设备（包括自主的），室内和室外。
IMU 提供 2 到 6 个 DOF（自由度），它是指物体能够在 3D 空间中移动的不同方式的数量。最大可能为 6 个自由度，其中包括跨直线平面/沿每个轴（前/后、右/左、上/下）的 3 度平移（平面）运动和跨 x、y 的 3 度旋转运动和 z 轴/绕每个轴。
从 IMU 收集的原始数据可以让我们了解周围的世界，但也可以对这些信息进行处理以获取更多见解。传感器融合是一种（数学）艺术，它将 IMU 中每个传感器的数据组合起来，以创建设备方向和航向的更完整图像。例如，在查看旋转运动的陀螺仪信息时，您可以结合加速度计的重力感来创建参考系。您还可以添加有关地球磁场的信息，以使整个传感器与地球框架对齐。
IMU 只是最近需求强劲的更大传感器市场的一部分。推动这一增长的一个重要趋势是对 MEMS（微机电系统）设备的需求不断增加，这些设备的尺寸通常为 20 微米至 1 毫米。不断缩小的设备尺寸给组件制造商带来了压力，要求他们将其外形尺寸缩小到 1 到 100 微米之间的微观比例。传感器行业也在效仿，也缩小了其外形尺寸。
除了物理尺寸之外，其他一些趋势也正在影响传感器的未来。随着应用范围的扩大推动了对低成本大规模生产传感器的需求，价格敏感性正在提高。与此同时，智能手机对传感器的巨大需求正在压低MEMS惯性传感器的成本，因此它们被应用于越来越多的产品中，但企业在实际使用它们时仍然遇到技术挑战。
在整个行业中，效率变得越来越重要，因此组件级功耗是另一个日益受到关注的问题。与此同时，某些应用的传感器的预期使用寿命也在延长。例如，工业自动化应用中使用的芯片可能需要运行十年或更长时间，而消费类设备中的芯片只有几年的预期寿命是可以接受的。消费电子、汽车和工业应用对传感器质量和测试条件的要求也有所不同。
• 加速度计：最常用的运动传感器类型是加速度计。它测量单个轴上的加速度（速度变化），例如当您踩下汽车油门或掉落手机时。加速度计测量特定方向的线性加速度。加速度计也可用于测量重力作为向下的力。对加速度进行一次积分可以得出速度的估计值，再次积分可以得到对位置的估计值。由于双重积分和当今的技术状况，加速度计不是推荐的距离估计方法。
• 陀螺仪：虽然加速计可以测量线性加速度，但它们不能测量扭转或旋转运动。然而，陀螺仪测量绕三个轴的角速度：俯仰（x 轴）、滚动（y 轴）和偏航（z 轴）。当与传感器融合软件集成时，陀螺仪可用于确定 3D 空间内物体的方向。虽然陀螺仪没有初始参考系（如重力），但您可以将其数据与加速度计的数据相结合来测量角位置。要深入了解不同类型的陀螺仪，请参阅我们的第二篇博客，标题为“探索陀螺仪的应用”。
• 磁力计：顾名思义，磁力计测量磁场。它可以通过测量空间传感器点处的空气磁通密度来检测地球磁场的波动。通过这些波动，它找到了指向地球磁北的矢量。这可以与加速度计和陀螺仪数据结合起来以确定绝对航向。正如您所见，IMU 用于测量加速度、角速度和磁场，当与传感器融合软件结合使用时，它们可用于确定运动、方向和航向。它们存在于消费电子产品和工业领域的许多应用中。在我们的下一篇博文中，我们将深入探讨陀螺仪及其用途。
正如您所见，IMU 用于测量加速度、角速度和磁场，当与传感器融合软件结合使用时，它们可用于确定运动、方向和航向。它们存在于消费电子产品和工业领域的许多应用中。
• 3DM-CX5-IMU 高性能工业级惯性测量单元
• 3DM-CV5-IMU 嵌入式惯性测量单元
• 3DM-GX5-IMU 高性能惯性测量单元（IMU）
• Advanced Navigation Orientus MEMS AHRS 传感器
