有一句老话：“当你不知道你要去哪里，什么路都会把你带到那里。”尽管可能是真的，但是当涉及到你（或你的产品）在哪里以及你怎么到的那里这样的问题，你还是“蒙在鼓里”，就无法让人接受或者没有必要了。
今天基于 MEMS 的运动传感器经常与 GPS 模块相结合，能够给低成本、空间和功耗这些由来已久的问题提供令人惊讶的好答案。总之，导航在历史上曾是一项很艰巨的挑战，现在已经大大简化了，使许多旧的应用非常易于管理，同时也促成创新了新的应用。
在过去，对运动及其各种因素进行精确又负担得起的电子传感十分困难。陀螺仪、磁罗盘、寻星仪和加速度计是最常见的元器件和子系统，而且设置和计算往往需要大量的人工辅助。因此，电子运动感应的广泛使用只局限于高级应用，如船舶、飞机、导弹和航天器。可以为低成本无人机、自主车辆进行简单运动感应，或是给掌上智能手机进行定位，在当时都是不可想象的。
现在，基于 MEMS 的传感器使得对运动和定位的测定相当普通。如此一来，它改变了我们对加速度测量好处的思考方式，这是一个极具启发性和普遍性的参数。
请注意，基于 MEMS 的加速度计与只是作为玩具出售但也用于精确制导系统的微型版本转子陀螺仪差异很大；相反，MEMS 的加速度计使用振动音叉结构，而且测量的参数是因运动而出现的变化。还请记住，一些应用程序只需要感应相对的运动和位置，因为他们有一个固定的参考基础（想到了工厂中的装配机械臂），而其他的应用程序的确需要感知绝对位置（例如，无人机和无人驾驶车辆）。
复习基础知识
短语“运动感应”实际上包含了一系列的具体内容和目标。基本参数是位置、速度和加速度这三个矢量的层次结构。基础物理定义，速度是位移 x 关于时间的导数（变化率）(v = dx/dt)，加速度是速度 v 关于时间的导数 (a = dv/dt)。
当然，互补运算也为真——速度是加速度的时间积分，而位置是速度的时间积分。原则上，如果知道三个参数中的一个和测量时间间隔，便可以通过求积分和微分找到其他参数。（当然，在真实导航中，即使你确定了另外三个参数中的一个或多个参数，你还必需知道你的起点。）
有些系统仅依赖于精密加速度计联合模拟或数字集成来确定速度和位置。面临的挑战是，即使是因传感器缺陷或噪声而出现的微小错误，也会积累成很大的、不可接受的错误结果，无论是积分或微分。因此，许多系统选择使用传感器组合，独立确定这些关键参数。
运动感应的参数还有很多，而不仅仅是三个因素。根据应用的不同，运动感应子系统可能还包括单轴或多轴陀螺仪或者可以确定方位的电子罗盘和能定位的 GPS （但注意，GPS 信号并不总是可用）。一种基于陀螺的运动系统，它包括一组正交加速度计和陀螺仪（用于 x，y 和 z 轴），通常被称为惯性测量单元 (IMU)，因为它可以在没有任何外部参考或接收信号情况下确定方位和加速度（图 1 ）。
图 1：典型 IMU 架构是完全独立的，特点是为每个正交轴配备了加速度计和陀螺仪，因此它能够完整地确定运动和方位，而无需任何外部参考，例如 GPS、瞄准（恒星或地标）或定位信标（无线信号）。
在 GPS 或地球磁场不可用或太不准确的地方，例如，水下航行器、隧道内的车辆或航天器，使它成为这些应用的合适解决方案。即使它们可用，也可以将 IMU 与另一种运动感应子系统一起配合，用来交叉检查结果。
有很多运动感应的应用不需要 IMU 的完整功能或者对距离、速度及加速度进行测量。例如，气囊传感器只需测量加速度，就可以确定车辆车速突然的变化是否表示发生了碰撞。汽车现在的位置或者它如何到的那里都是无关数据；同样，对旋转机械的振动传感只需要一个加速度计来检测振动过大和可能出现的轴承故障；车辆上的超速锁定只需要测量一个参数，不需要知道位置或加速度。
运动传感器令人感兴趣的量程参数
使用旋转针的磁罗盘是最古老的导航工具之一。它比较准确，不需要电源，而且相当可靠。然而，它与电子系统不兼容，并且校准或补偿因附近金属物体干扰而出现的误差十分困难。
有一个与磁罗盘等效的电子罗盘：磁通门。它使用了一个缠绕着电线线圈的磁芯，该线圈接通交流电，诱导磁芯磁场和输出信号已知的变化。任何外部磁场都会导致这些预期的变化产生偏离，它可以检测并放大这些偏差，从而对该磁场的强度进行高精度地检测。
较之感应指南针或其等效品，磁通门的布局安排在概念上显然更为复杂，它没有移动部件，非常小却很敏感，并可以把附近物体造成的杂散外部磁场降至最低。它确实需要一个不太寻常的电气接口，而 Texas Instruments 的 DRV421 就是专为此类应用而设计（图 2）。磁通门结合了磁通门传感器、信号调理以及在单一 IC 上结合了补偿线圈驱动器，产生的传感精度达到 0.1%。为了保持线性度（另一个关键性能参数），IC 对任务进行了简化，尽力减少磁通门传感器本身与外部补偿线圈之间的交叉耦合，而且降低磁通门本身励磁的无用发射。
图 2：来自 Texas Instruments 的 DRV421 IC 采用 4 x 4mm 封装，可提供精确的、非接触磁场传感，它通过结合磁通门传感器、信号调理、补偿线圈驱动器。（来源：Texas Instruments）
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当今汽车使用加速度计远远超过安全气囊的配置，加速度计可作为车辆倾翻检测 / 预防系统、防盗报警（当汽车被推撞或抬升）以及行车稳定性和平滑性的一部分来使用。像 Freescale MMA2201KEG (图 3）这样的单轴装置是一系列 MEMS 加速度计的一部分，该加速度计包括信号调理、一个 4 极低通滤波器以及用来增强性能的温度补偿。零重力抵消、满量程及滤波器的截止频率均为出厂设置，因此不需要外部有源或无源设备，而完全自检能力可以验证系统功能。该 IC 在 5 V 电压下工作，其标称灵敏度额定值为 50 mV/g。
图 3： Freescale MMA2201KEG 是一款基本的单轴加速度计，在 ±40 g 量程范围内的模拟输出为 50 mV/g，非常适用于许多非导航加速度和运动的应用。（来源： Freescale Semiconductor）
像这样的微型设备，量程范围为 ±40-g，安装在采用 16 引脚的 7.5 × 10 mm SOIC 的封装内，这种加速度计的应用，远不止于安全气囊或导航这些显而易见的东西。它可用于振动监测和记录、家电控制、计算机硬盘保护（加速度突然下降到零时，驱动下降，磁头需要立即收回）、计算机鼠标和操纵杆、虚拟现实输入设备，甚至运动诊断产品，单轴加速度能够量化既明显又难以测量的应用，仅举几个方法。
一款有代表性的陀螺仪 IC 显示了 MEMS 技术如何从根本上转化为“旋转转子”陀螺仪的方法。The ADIS16250 属低功耗陀螺仪，出自 Analog Devices （图 4），是一个完整的角速率测量系统，可通过简单的 SPI 串行接口向处理器供工厂校准的 14 位数字传感器数据。该设备量程范围可以用数字化方式设置为三个不同的数值：±80°/sec、±160°/sec、和 ±320°/sec。它需要一个单一 5 V 电源，采用 11 mm × 11 mm × 5.5 mm LGA 封装，并提供 2000-g 抗冲击性能，即使在加电状态。
图 4： ADIS16250 这款低功耗陀螺仪出自 Analog Devices ，是一个带有内部 A/D 转换器的 MEMS 设备，提供 14 位分辨率和一个 SPI 端口以简化连接系统处理器的接口，以及可增强其功能性的其他功能。（来源：Analog Devices）
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它主要针对广泛的运动相关的应用，如仪表控制、平台控制和稳定、导航和机器人技术。像许多运动额定的 MEMS IC 那样，它具有扩展温度范围的性能，并符合苛刻的汽车规范对坚固耐用性的要求，其中包括温度、振动、热冲击和电压瞬变。
对速度、方向、位置和加速度这些运动相关属性进行传感，一直是一项挑战，需要大型、耗电而且复杂的传感器。这种情况随着基于 MEMS 传感器的应用发生了根本的变化，例如，加速度计和陀螺仪，以及可以补偿传感器缺点的高性能接口电路。因此，系统设计人员现在可以探究各种不同新应用程序的见解和设计机会。