儿童和狗能够毫不费力地辨别方向以及控制体操动作。有些人认为这就像“小孩游戏”一样简单，直到他们试图使机器人模仿这种本领。人类定向系统的复杂性不可思议，当我们在地面上时其表现非常出色。相反，在飞机上时，我们则处于一种不熟悉的三维环境下，再加上缺少视觉定向参考，就难以或不可能管理空间(距离)方位。5%至10%的一般航空事故与空间定向障碍有关，其中90%是致命的。

　　微机电系统(MEMS)惯性传感器的设计在本质上对运动非常敏感，可有效检测和处理线性加速、磁航向、海拔和角速率信息。为充分利用惯性传感器的性能潜力，设计者必须熟悉总体机械系统，密切关注应用中的运动源和谐振。

　　本文介绍了MEMS惯性传感器（例如陀螺仪和加速计）如何帮助人或机器克服空间定向障碍。文章介绍了外力和运动对系统工作的影响，以及元件布局和安装条件(空间关系)对MEMS惯性传感器性能的直接影响。系统配置各有不同(例如电路板尺寸、材质、安装方法)，设计者需要根据具体应用设计特定的方案。文章还介绍了如何检测并减少错误的惯性信号。对于实际环境中出现有害的移动信号和系统共振的情况，文章给出增强传感器系统工作的实用建议。

　　人类的平衡

　　本文首先从讨论平衡开始，以人类耳朵为例。图1中的耳蜗是听觉器官。耳膜通过我们身体中一些最小的骨骼振动耳蜗。耳蜗长有毫毛或纤毛，并且充满液体。当耳蜗移动时，液体由于惯性的原因并不移动。纤毛感测这种运动差异，并将神经脉冲传输至我们的脑部，表现为声音。

　　图1.人体平衡和听力是内耳中复杂平衡器官的一部分。

　　人耳也包含用于平衡的运动检测系统。三个半规管的作用类似于相互垂直的陀螺仪，感测并将脉冲信号送至脑部，表示人的平衡状态。不幸的是，我们感测运动的方式存在局限性。

　　如果运动小于2度每秒时，我们将感测不到；如果稳定运动的时间超过20至25秒，我们则会停止感测运动。这种人类局限性会引起错乱。在内耳中存在其他两个感觉器官：椭圆囊感测线性加速度，球囊感测重力。耳朵中的全部5个感觉器官向脑部传送身体方位和运动信息，帮助我们平衡。这和眼睛一起，帮助我们维持平衡，并且在头部运动或身体旋转时使我们的眼睛盯住目标。

　　飞机中的飞行员与空间定向

　　飞行员都知道不要靠直觉(即不依赖于内部感观)飞行，而是要依赖于飞行仪表。这非常难以掌握，尤其在紧急和恐慌的情况下。

　　根据美国联邦航空管理局(FAA)的信息，飞行员受一种称为“墓地盘旋”的常见错觉影响。这与有意识或无意识长时间倾斜转弯后恢复水平飞行有关。例如，当飞行员开始倾斜向左转弯时，最初会感觉到在相同方向的转弯；如果继续向左转弯(约20秒或更长)，飞行员就会觉得飞机不再向左转弯。此时，如果飞行员试图将机翼调整水平，这一动作将会使其感觉到飞机正在向相反的方向(向右)转弯和倾斜。如果飞行员相信向右转弯的错觉(会非常强烈)，他将试图纠正右转的感觉，从而重新进入最初的左转。不幸的是，发生这一切时，飞机仍在左转，并正在下降。正在转弯时拉起控制杆并增加动力不是一个好主意——只能使飞机更向左转。如果飞行员没有认识到错觉，未能使机翼水平，飞机将继续左转并降低高度，直到撞击地面。

　　问题是MEMS陀螺仪和加速计能够帮助飞行员克服空间定向障碍吗？

　　MEMS惯性传感器是解决之道

　　人体会受到欺骗，并且在有些情况下必须依赖于外部帮助才能实现良好平衡。由于人体容易受空间定向障碍的影响，MEMS惯性传感器提供了一套解决方案。可利用安装正确的惯性传感器建立惯性坐标系参考，帮助用于判断方向和/或运动。利用这些器件可避免错误感观隐患。

　　为确保惯性传感器工作的可靠性，必须将其正确安装和定向。对于装配惯性传感器，有一套良好的设计实践，只要应用得当，可形成高性能系统。（未完待续）

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