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從CEATEC看2010電子大勢(五)
超乎想像的運動感測器應用

【CTIMES/SmartAuto 歐敏銓 報導】   2009年10月19日 星期一

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目前有愈來愈多的行動設備上配置了運動感測器,最常見的是加上一顆加速度感測器,用來自動旋轉畫面。感測器的技術正快速的在進步中,在應用上對於人類的生活具有顛覆性的影響力。這在CEATEC中可以看到許多嶄新的成果。

Epson Toyocom以其QMEMS石英技術為基礎,已率先推出石英材料的陀螺儀,能夠提供比一般矽材料的陀螺儀更高的角速度測量精度,讓運動感測與控制更為精確,去年的CEATEC中即展出了內建石英型陀螺儀的搖控直升機,能穩定的上、下、左、右移動,甚至平穩地在空中暫停。

在今年的CEATEC中更進一步推出石英型的加速度感測器,同樣發揮了石英材料的特性,能夠做到更高的感測精度以及對溫度變化的高安定性(小於0.05mG/℃),線性度小於0.15%FS,檢測範圍達±10G。這種高性能適合用於車用導航器、汽車安全及控制系統,也能精確地測量運動員的動作,透過分析為運動員提供改善建議。另一個值得關注的應用,即是PND上的慣性導航(DR)用途,過去因加速度感測器的精確性不足,無法成為商業化的殺手級應用,未來或可導入高精度的石英型加速度感測器與陀螺儀,實現PND的DR功能。

對於手機、PND或車用導航器來說,在運動感測上常見的一個使用限制,即是無法知道高度的變化,因而無法判斷車子在橋上或橋下。這時加上一顆壓力感測器就能解決這個問題。Epson Toyocom這次展出了一款量測精度高達0.3Pa的石英型壓力感測器,即使水平高度只有數公分的變化,它也能夠量測的出來。這顆壓力感測器的測量範圍為30kPa – 130kPa,含線性度、再現性和溫度特性的綜合精度為±30Pa。

圖一 運用石英型壓力感測器,即使車子只有數公分的水平高度變化,也能夠偵測的出來

它的應用除了PND的高度感測外,也能用於汽車及房屋的防盜應用。當車門、車窗或房門、窗口被人不當開啟時,會造成內部壓力的突然變化,這時壓力感測器會感測的出並發出警告。另一個有用的應用是做為運動物體的速度感測。Epson Toyocom在攤位中展出了一個揮動高爾夫球竿的機器人,在球竿竿頭安裝了一顆壓力感測器,透過空氣流動時會產生動態壓力的變化,能夠直接轉換為速度值。該公司表示,相較於採用加速度感測器的量測,因需要從加速度積分到速度,會有誤差放大的問題,採用壓力感測器來測量速度,可以得到較高的準確性。

圖二 壓力感測器也能用來偵測揮竿時的球竿速度

除了Epson Toyocom,Fujitsu也展出了應用運動感測器的人體感測技術與應用。Fujitsu與ETGA(Ezure Tadashi Golf Academy)合作,運用內建運動感測器(3D加速度感測器和地磁感測器)的手機來協助高爾夫球揮竿者改進自己的揮竿動作。揮竿者只要將手機掛在自己的腰部,在揮竿的過程中,感測器會記錄揮竿時的腰部動作,並透過ETGA的分析系統,為揮竿者提供動作上的修正建議。

圖三 Fujitsu推出用手機中的運動感測器來分析高爾夫球揮竿的動作

今年在感測技術的應用上,Nissan展出的EPORO機器人汽車,吸引了許多人的目光。Nissan為其EPORO機器人汽車導入了先進的防碰撞技術,也就是模擬魚群一起行進卻不會碰撞的行為,讓多台EPORO汽車在一起前進時也不會發生碰撞,遇到障礙物也會自動避開。

圖四 Nissan的EPORO機器人汽車,能夠一起行進而不發生碰撞

在這套防碰撞系統中,有三個控制的原則,一是防止彼此的碰撞,也就是在可能相撞前改變行進方向;二是彼此間以一定的距離保持緊鄰行進;三是當彼此距離較遠時,會自行調整到更接近的距離。要達成這些行進原則,車群之間需要分享傳遞彼此的環境資訊,讓車群行走地更安全,並在必要時改變車群行進的隊型。

Nissan EPORO汽車在感測上靠兩類的感測器,一是雷射式環境感測器,它會透過雷射光的反射來偵測與其他車子或障礙物之間的距離,主要用於側邊方向的感測;一是UWB短距無線通訊技術,能透過計算發射及脈衝訊號反射接收之間的時間差,來測量出目標物的位置及距離,主要用於視線方向的感測。

關鍵字: CEATEC  MEMS(微機電壓力感測器  EPSON Toyocom  Fujitsu  Nissan 
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