寻北仪作为一种测量当地北向与真北之间夹角的仪器，在静基座环境下能够提供准确的方位和姿态信息，在采矿、石油测井、舰船设备、隧道贯通等领域具有重要作用。而现如今，各行各业对寻北仪的尺寸和精度要求越来越高，因此寻北仪更加高精度化小型化。想要实现尺寸小型化的飞跃，越来越多的人选择MEMS寻北仪，由于MEMS寻北仪中包含的惯性器件是MEMS陀螺和MEMS加计，因此整体尺寸比其他类型的陀螺寻北仪要精巧很多，同时精度水平很高，可以满足各个行业的需求。

本来将从基础的角度入手，着重介绍寻北仪的构成，令大家更加清楚的了解到寻北仪。

寻北仪的基本组成部分

MEMS寻北仪可在完全自主的情况下向运动体提供航向信息，工作不依靠卫星，不受气候影响，不需要复杂的操作。其既提供针对计算机的数据输出接口，也提供良好的人机界面。

MEMS寻北仪主要由惯性测量组件（IMU）和线路部分组成，硬件组成框图见图1。惯性测量组件（IMU）由陀螺仪和回转机构等组成；线路部分主要有四块电路板组成，包括：电源板，控制板，功放板和底板。表1展示了寻北仪的组成部件。

图1 寻北仪硬件组成框图

表1 寻北仪的组成部件

MEMS寻北仪面板上有两个指示灯：寻北指示与电源指示；两个按钮：寻北按钮与电源开关；一个五位七段数码显示器；一个保险管；装置对外连接有两个接插件：电源插座与通讯接口插座。

寻北仪由惯性测量单元和算法组成，这和惯性导航系统的原理相同，区别在于不同的算法形成不同的系统。因此，寻北仪也是一种惯性导航系统。

惯性导航系统能够不受外部环境的干扰、不辐射并且隐秘地利用牛顿运动定律测量位置信息、瞬时速度和通过惯性测量组件测量加速度、角速度，并且在航空、航天、航海、军事领域能够连续地提供位置、姿态角、线速度、角速度等参数信息。

惯性导航基本原理如图2。图中所示坐标系为oxy，(x,y)为瞬时位置。在一个惯性导航系统的平台上，经过计算机的运算得到速度Vx、Vy和瞬时位置x、y，其中x轴和y轴分别控制2个加速度计的测量轴，而加速度计则用来测量两轴的加速度。

图2 惯性导航基本原理

在惯性导航系统中，地球表面被认为是球形，则用经纬度和来表示载体位置，如果x和y轴分别指向北和东，则用经纬度表示载体的位置为：

式中 R—地球半径；φ0—载体的初始纬度；λ0—载体的初始经度；

φ—载体地理的纬度位置；λ—载体地理的经度位置；

vx—北向速度；vy—东向速度。

惯性测量装置也叫惯性导航组合，包括加速度计和陀螺仪。惯性导航系统由3部分组成，包括惯性测量装置、计算机和显示器。飞机的横向、纵向和垂直向3个方向上移动的加速度由3个加速度计测量，飞机的横向、纵向和垂直向3个方向上的转动由3个自由度的陀螺仪测量得到；计算机计算出飞机的速度和位置信息；各种导航的信息数据由显示器显示。

结论

大部分寻北仪都为立方体形态，然而随着各行各业的需求量增多，寻北仪的外观形态也随之变化。例如ER-NS-09是一款专为石油测井，定向钻井和采矿而设计的寻北仪，其外形做出了巨大突破，从立方体演变为圆柱体，可以很好的适应探管的形状。由于它是MEMS寻北仪，其中包含三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计。

希望通过本文你可以对高精度小型化MEMS寻北仪的结构有所了解，如果你对寻北仪更多的知识感兴趣，请联系我们。