Kim, Jong-Myeong;Mok, Sung-Hoon;Leeghim, Henzeh;Lee, Chang-Yull
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.555-564
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2017
In this paper, a new technique for attitude and heading reference system (AHRS) using low-cost MEMS sensors of the gyroscope, accelerometer, and magnetometer is addressed particularly in vibration environments. The motion of MEMS sensors interact with the scale factor and cross-coupling errors to produce random errors by the harsh environment. A new adaptive attitude estimation algorithm based on the Kalman filter is developed to overcome these undesirable side effects by analyzing windowed measurement error covariance. The key idea is that performance degradation of accelerometers, for example, due to linear vibrations can be reduced by the proposed measurement error covariance analysis. The computed error covariance is utilized to the measurement covariance of Kalman filters adaptively. Finally, the proposed approach is verified by using numerical simulations and experiments in an acceleration phase and/or vibrating environments.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.19
no.6
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pp.666-673
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2013
This paper proposes the performance evaluation test of attitude heading reference system (AHRS) suitable for small high speed autonomous underwater vehicle(AUV). Although IMU can provides the detail attitude information, it is sometime not suitable for small AUV with short operation time in view of price and the electrical power consumption. One of alternative for tactical grade IMU is the AHRS based micro-machined electro mechanical system(MEMS) which can overcome many problems that have inhibited the adoption of inertial system for small AUV such as cost and power consumption. A cost effective and small size AHRS which incorporates measurements from 3-axis MEMS gyroscopes, accelerometers, and 3-axis magnetometers has been developed to provide a complete attitude solution for AUV and the attitude calculation algorithm is derived based the coordinate transform equation and Kalman filter. The developed AHRS was validated through various performance tests as like the magnetometer calibration, operating experiments using land mobile vehicle and flight motion simulator (FMS). The test of magnetometer calibration shows the developed MEMS AHRS is robust to the external magent field change and the test with land vehicle proves the leveling error of developed MEMS AHRS is below $0.5^{\circ}/hr$. The results of FMS test shows the fact that AHRS provides the measurement with $0.5^{\circ}/hr$ error during 5 minutes operation time. These results of performance evaluation tests showed that the developed AHRS provides attitude information which error of roll and pitch are below $1^{\circ}$ and the error of yaw is below $5^{\circ}$ and satisfies the required specification. It is expected that developed AHRS can provide the precise attitude measurement under sea trial with real AUV.
This paper deals with a new two dimensional clinometer based on dual axis micromachined accelerometers. The clinometer is a small and low-cost product, which is mainly developed to help golfers read easily the tilt of a putting green. First, this paper proposes the principle of two dimensional clinometer and also a calibration method to improve accuracy with respect to the offset voltage and sensitivity of a accelerometer. Experimental results show that the proposed clinometer can provide useful information on the tilt of an inclined plane.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.4
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pp.133-137
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2016
The video and audio information occupies a large portion of the IoT information. Various sensors can be used in a more accurate situation awareness and the absence of the main information has been required. Increasing in resource management in accordance with the use of various sensors. As a method to reduce the resources required in the communication of the various sensors and find the possibility to process the sensor information that can take the place of the other sensor. In this paper, using the LIS302 DL MEMS motion sensor to measure the data in the ping-pong ball, shuttlecock, tennis ball falling into table tennis. Data measured in the three object was confirmed that in proportion to the amount of impact. This experiment using the accelerometer can be confirmed that changes in the amount of impact. The results using a single multi-function sensor showed a possible implementation. In addition, the recognized in consideration of the situation in the early development stage of the multi-function sensor.
Kim, Kyu-Sun;Kim, Dong-Hee;Fratta, Dante;Lee, Woojin
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1C
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pp.19-27
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2011
This paper evaluates the applicability of wave-based nondestructive methodologies and a penetration test for compaction quality measurements during road construction. To evaluate the physical and mechanical properties of compacted subgrade soil layers, soil stiffness gauge (SSG), time domain reflectometry (TDR), and miniature electro-mechanical systems (MEMS) accelerometers were used to nondestructively evaluate the soil response during and after compaction and dynamic cone penetrometer (DCP) profiles were used to evaluate the soil shear strength after compaction was completed. At the field site, two types of soils were compacted with four different compaction equipments and energies. Field testing results indicate that soil parameters evaluated by different testing methods, which are SSG, TDR, MEMS accelerometer, and DCP, are highly correlated. In addition, it is shown that the physical and mechanical tests deployed in this study can be used as alternative methods to the conventional compaction quality evaluation methods when assessing the overall quality and the engineering response of compacted lifts.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.22
no.10
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pp.1307-1313
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2018
In recent years, there have been frequent occurrences of collapsing buildings and tilting accidents due to frequent earthquakes and aging of buildings. Various methods have been proposed to prevent disasters on these buildings. In this paper, we propose a system that provides an indication of anomalous phenomena such as collapse and tilting of buildings by real-time monitoring of IoT(Internet of Things) based architectural anomalies. The MEMS sensor is based on the inclinometer sensor and the accelerometer sensor, transmits the detected data to the server in real time, accumulates the data, and provides the service to cope when the set threshold value is different. It is possible to evacuate and repair the collapse and tilting of the building by warning the occurrence of the upper threshold event such as the collapse and tilting of the building.
The Terra-Scope system is an affordable 4-D down-hole seismic monitoring system based on independent, microprocessor-controlled sensor Pods. The Pods are nominally 50 mm in diameter, and about 120 mm long. They are expected to cost approximately $6000 each. An internal 16-bit, extremely low power MCU controls all aspects of instrumentation, eight programmable gain amplifiers, and local signal storage. Each Pod measures 3-D acceleration, tilt, azimuth, temperature, and other parametric variables such as pore water pressure and pH. Each Pod communicates over a standard digital bus (RS-485) through a completely web-based GUI interface, and has a power consumption of less than 400 mW. Three-dimensional acceleration is measured by pure digital force-balance MEMS-based accelerometers. These accelerometers have a dynamic range of more than 115 dB and a frequency response from DC to 1000 Hz with a noise floor of less than $30ng_{rms}/{\surd}Hz$. Accelerations above 0.2 g are measured by a second set of MEMS-based accelerometers, giving a full 160 dB dynamic range. This paper describes the system design and the cooperative shared-time scheduler implemented for this project. Restraints accounted for include multiple data streams, integration of multiple free agents, interaction with the asynchronous world, and hardened time stamping of accelerometer data. The prototype of the device is currently undergoing evaluation. The first array will be installed in the spring of 2006.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.12
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pp.1167-1172
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2015
This paper describes the implementation of wearable AHRS for an electromagnetic motion capture system that can trace and analyze human motion on the principal nine axes of inertial sensors. The module provides a three-dimensional (3D) attitude and heading angles combining MEMS gyroscopes, accelerometers, and magnetometers based on the extended Kalman filter, and transmits the motion data to the 3D simulation via Wi-Fi to realize the unrestrained movement in open spaces. In particular, the accelerometer in AHRS is supposed to measure only the acceleration of gravity, but when a sensor moves with an external linear acceleration, the estimated linear acceleration could compensate the accelerometer data in order to improve the precision of measuring gravity direction. In addition, when an AHRS is attached in an arbitrary position of the human body, the compensation of the axis of rotation could improve the accuracy of the motion capture system.
PDA-based monitoring is used to acquire continuously the patient's vital signs, including electrocardiography, activity, heart rate and $SpO_2$. In this paper, A biomedical signal acquisition device was designed using 3-axial MEMS accelerometer and 1-ch ECG amplifier, to have the function of monitoring activity and electrocardiography. The proposed system is composed of transmitter and receiver. Through the Zigbee communication, subject's biosignals can be transmitted in real-time to receiver, and transmitted data confirmed using PDA. The packet size used in this device was set not to exceed a maximum payload size of 116 byte. One packet consists of two segments. The transmission speed was 21 packet per second, 420 ECG samples per second, and 42 acceleration samples per second. The proposed method can be used to develop Activities of Daily Living(ADL} monitoring devices for the elderly or movement impaired people and enables patients to be monitored without any constraints. Also, this method will reduce medical costs in the aged society.
In this study, a Global Navigation Satellite System (GNSS) / Inertial Navigation System (INS) / odometer / barometer integrated navigation system that uses a commercial navigation device including Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) accelerometer and gyroscope in addition to GNSS, odometer information obtained from a vehicle, and a separate MEMS barometer sensor was implemented, and the performance was verified. In the case of GNSS and GNSS/INS integrated navigation system that are generally used in a navigation device, the performance would deteriorate in areas where GNSS signals are not available. Therefore, an integrated navigation system that calculates a better navigation solution in areas where GNSS signals are not available compared to general GNSS/INS by correcting the velocity error of GNSS/INS using an odometer and by correcting the cumulative altitude error of GNSS/INS using a barometer was suggested. To verify the performance of the navigation system, a commercial navigation device (Softman, Hyundai Mnsoft, http://www.hyundai-mnsoft.com) and a barometer sensor (ST Company) were installed at a vehicle, and an actual driving test was performed. To examine the performance of the algorithm, the navigation solutions of general GNSS/INS and the GNSS/INS/odometer/barometer integrated navigation system were compared in an area where GNSS signals are not available. As a result, a navigation solution that has a smaller position error than that of GNSS/INS could be obtained in the area where GNSS signals are not available.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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