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      2. 超高精度廉價"鳥盆"陀螺儀:精度提高1萬倍 價格便宜10倍!無GPS可精確導航

        2020-03-25 12:59:01 來源:EETOP
        近日密歇根大學開發出一種小型,廉價且高精度的陀螺儀,可以幫助無人機和自動駕駛汽車在沒有GPS信號的情況下保持在正常軌道上。

        UM的斯倫貝謝工程學以及電氣工程和計算機科學教授Khalil Najafi說:“我們的陀螺儀比普通手機使用的陀螺儀精度高10000倍,但價格卻比普通陀螺儀便宜10倍。這種陀螺儀比性能類似的大型陀螺儀便宜1000倍。”

        大多數智能手機都包含陀螺儀,可以檢測屏幕的方向并幫助弄清楚我們所面對的方向,但是其準確性很差。這就是為什么手機在導航過程中經常錯誤地指示用戶朝向哪個方向的原因。

        這對街上的行人或開車的人來說,可能無關緊要,但是一輛無人駕駛汽車可能會因為失去GPS信號而很快迷路。因此目前的自動駕駛汽車在其備用導航系統內部使用了更大且價格更高的高性能陀螺儀。

        “高性能陀螺儀是一個瓶頸,而且已經存在了很長時間。這種陀螺儀可以通過在大多數自動駕駛車輛中使用高精度和低成本的慣性導航來消除這一瓶頸,”電子工程和計算機科學助理研究員Jae Yoong Cho說。

        更好的備用導航設備還可以幫助士兵在GPS信號受阻的區域找到自己的出路?;蛘咴诟胀ǖ那闆r下,精確的室內導航可以加快倉庫機器人的速度。

        能夠在沒有一致的定向信號的情況下進行導航的設備稱為慣性導航單元。它由三個加速度計和三個陀螺儀組成,空間中的每個軸一個。但是,如果要很好地了解使用現有IMU的方式是非常昂貴的,即使對于像自動駕駛汽車這樣昂貴的設備,也遠遠超出了我們的能力范圍。

        制造這種價格合理的小型陀螺儀的關鍵是幾乎對稱的機械諧振器。它看起來像一個用葡萄酒杯搭成的平底鍋,寬一厘米。與葡萄酒杯一樣,當你敲擊酒杯時發出的鈴聲持續時間取決于酒杯的質量。但鈴聲不是陀螺儀的美學特征,而是對陀螺儀的功能至關重要。完整個裝置使用放置在玻璃諧振器周圍的電極來推動和拉動玻璃,使其振鈴并保持運轉。振動運動穿過玻璃的方式揭示了陀螺儀在太空中旋轉的時間、速度和程度。

        幫助開發制造工藝的電氣和計算機工程博士生Sajal Singh說:“基本上,玻璃諧振器會以一定的模式振動。如果你突然旋轉它,則振動模式將希望保持其原始方向。因此,通過監視振動模式,可以直接測量旋轉速度和角度。”

        為了使諧振器盡可能地完美,Najafi的團隊首先從一塊近乎完美的純玻璃片(稱為熔融石英)開始,其厚度約為四分之一毫米。他們使用噴燈加熱玻璃,然后將其模制成類似酒杯的形狀-被稱為“鳥盆”諧振器,因為它也類似于倒置的鳥盆。

        然后,他們在外殼上添加金屬涂層,并在外殼周圍放置電極,以啟動和測量玻璃中的振動。整件東西都裝在一個真空包裝中,可防止空氣迅速衰減振動。

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