IMU惯性测量单元安装及其使用条件

我们所说的惯性测量单元（IMU）包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态，在导航中用着很重要的应用价值，惯性测量单元（IMU）PA-IMU-01D采用三个单轴的高精度MEMS陀螺仪和三个单轴的高精度MEMS加速度计，通过信号调理、A/D 转换、数字滤波、温度及安装误差补偿，输出载体运动信息。

IMU惯性测量可用于导航、控制和动态测量，此系列产品采用密封设计，在恶劣环境下仍能精密的测量运动载体的角速度和加速度信息。

惯性测量单元（IMU）可用于导航与制导控制、平台稳定与控制、通用航空、与 GPS 组合、船舶姿态的动态测量、采矿和自动耕作、火车和集装箱跟踪等。

1.3.IMU惯性测量单元使用环境条件

1．低气压

工作条件：在 65~102kPa 大气压力下能正常工作；承受条件：同工作条件。

2．高温

工作条件：70℃能正常工作；承受条件：85℃。

3．低温

工作条件：-40℃能正常工作；承受条件：-45℃。

4．湿热

工作条件：在温度 60℃、湿度 95％的环境下能正常工作；承受条件：同工作条件。

5．霉菌

工作条件：具有防霉菌能力；承受条件：同工作条件。

6．振动：20Hz--2000 Hz，6g。

7．冲击：30g（11ms,半正弦）。

1．IMU惯性测量单元安装

安装产品前，用酒精擦拭产品并保证安装基面清洁；安装产品时尽量使产品坐标系和安装，平台坐标系保持一致，安装平台如果有挡板基面，使产品背面安装基面紧靠挡板基面，然后用螺钉安装固定。

IMU惯性测量单元正确机械装配示意图：

2．坐标系

坐标符合右手坐标系规则，即将 PA-IMU-01D 平放在一平面上，面向 PA-IMU-01D 的连接器方向，则正前方为  y+轴，正右方为  x+轴，正上方为  z+轴；产品 PA-IMU-01D 及坐标系

如图 1 所示：图 1 PA-IMU-01D 产品坐标系

PA-IMU-01D 速率传感器测量给定轴的旋转角速率，旋转方向符合右手定则时，输出角速率信息为正。例如，如果使 PA-IMU-01D 在水平面上逆时针转动，可以在 z 轴得到正的角速率，

而 x 轴和 y 轴的角速率为零

3．接口条件

a) 设备具备 1 路 RS-422 串口，采用 5 线通讯方式，波特率为 115200bit/s，数据更新率≤10ms；

b) 设备输出接口采用 9 芯微矩形连接器 PA-IMU-01D；

c) 供电电源及功耗：9V~36V，DC24V，功耗≤3W；

e) 产品管脚定义如表 3、表 4 所示：表 3 产品管脚定义 (9 芯微矩形连接器)

数字水平陀螺仪的测量数据封装为 25 字节。 数据为 n Little Endian 格式。即低位（LSB）字节在先。

测量数据的解码：测量数据封装中，起始的帧头和最后的校验和用于同步通讯。中间依次是标志字节、计数器，陀螺仪三轴角速度，加速度计三轴加速度和温度。具体为（注：标准产品为陀螺 300 度每秒，加速度计 10g；如需其他量程，请订货时说明）：

. a. 帧头： unsigned char，十六进制的常数， 0xAA；

. b. FLAG： unsigned char，0X37。

. c. 计数： unsigned short，测量数据封装的计数指示。每个数据周期中，计数器不断递增，满值为 255，超过满值溢出并从零开始。

. d. 陀螺仪 x-轴测量数据：数据类型为  signed short。从测量值到测量角速率的转换为：MEAS*GYRO_SCOPE/30000，MEAS 为陀螺仪 x 轴的当前测量值，而 GYRO_SCOPE 为陀螺的角度范围。

. e. 陀螺仪 y-轴测量数据：数据类型为  signed short。从测量值到测量角速率的转换为：

MEAS*GYRO_SCOPE/30000，MEAS 为陀螺仪 y 轴的当前测量值，而 GYRO_SCOPE 为陀螺的角度范围。

. f. 陀螺仪 z-轴测量数据：数据类型为  signed short。从测量值到测量角速率的转换为：

MEAS*GYRO_SCOPE/30000，MEAS 为陀螺仪 z 轴的当前测量值，而 GYRO_SCOPE 为陀螺的角度范围。

. g. 加速度计 x-轴测量数据：数据类型为  signed short。从测量值到测量加速度的转换为：

MEAS*ACC_SCOPE/30000，MEAS 为加速度计 x 轴的当前测量值，而 ACC_SCOPE 为加速度的测量范围。

. h. 加速度计 y-轴测量数据：数据类型为  signed short。从测量值到测量加速度的转换为：

MEAS*ACC_SCOPE/30000，MEAS 为加速度计 y 轴的当前测量值，而 ACC_SCOPE 为加速度的测量范围。

. i. 加速度计 z-轴测量数据：数据类型为  signed short。从测量值到测量加速度的转换为：

MEAS*ACC_SCOPE/30000，MEAS 为加速度计 z 轴的当前测量值，而 ACC_SCOPE 为加速度的测量范围。

. j. 温度测量： signed short。从测量值到测量温度的转换为：MEAS*0.01 ℃。

. k. 校验和： unsigned char。按字节从 FLAG 到最后的温度测量的无符号的总和。

惯性测量单元（IMU）产品使用

2.1. 产品使用指标：

1．大理石平台（静态指标）

. a. 操作方法输出值，重复上电 5 次；

. b. 5 组数据的最大值即为设备的静态精度。

2．摇摆台（动态指标）

. a. 设备固定在三轴摇摆台上，设备 X、Y、Z 三轴分别对应平行于摇摆台中、外、内框架轴（说明：设备 X、Y、Z 分别为载体横滚、航向、俯仰，分别对应摇摆台中、外、内框架轴）；

. b. 启动摇摆台使其中、内框架转动至水平；

3．环境适应性

. a. 工作温度：-40℃~＋70℃；

. b. 振动：20 Hz ~2000Hz，6g。

2.2. 产品直接使用

. a. 设备安装时，应保证基准安装面清洁，设备可用酒精擦拭，设备轴系坐标系应与安装基面的坐标系一致并紧固牢固安装；将数据电缆正确牢固连接；

. b. 确认系统提供设备的电源应满足设备的功耗，系统及设备上电；

. c. 启动系统主机，如设备没有接收或输出错误信息，请查看系统的通讯协议和设备是否一致。

2.3. 使用保管维护储存搬运运输要求

1．惯性测量单元（IMU）使用与保管

PA-IMU-01D 惯性测量单元为精密电子产品，使用时注意防尘、防潮、防霉，轻拿轻放，避免强烈冲击和震动；

不能随意打开底盖，以免仪器受损；

机壳不属于防水设计，应尽量避免在雨中使用或浸泡；

输入电压值必须为直流 9V~36V，如果输入电压过高，会导致产品损坏。

2．运输与贮存

. a. 产品在运输过程中应避免雨雪直接淋袭、太阳久晒、接触腐蚀性气体及机械损伤，产品在搬运过程中应注意轻搬轻放；

. b. 运输和贮存过程中避免受潮、撞击和磕碰，防止运输时的人为和机械损伤。在运输和贮存时，外包装盒应保持干燥、清洁、无污染；

. c. 长期存放产品的仓库环境温度为 25±5℃，相对湿度不大于 80％，库房内应无酸碱及腐蚀性气体，且无强烈的机械振动、冲击、强磁场作用。

3. 故障排除维修

1. 场站级（使用者）

除设备本体故障，如连接器短路、短路等。

2. 基地级（维修站）

本设备属于高精度、高技术的测量产品，所以设备一旦出现问题需返厂维修或更换。

3. 返厂级（制造者）

设备本体故障。

常见故障：

1) 无电流

用万用表通断档检测数据线，若数据线完好则判设备故障；

2）短路

用万用表通断档检测数据线，若数据线完好则判设备故障。