体育与TDK：使足球运动越来越狂热的VAR系统和传感器技术

时间： 2024-04-20 来源：TDK InvenSense 微信公众号

技术问答

足球是一项受欢迎的运动，在世界范围内拥有着非常多的运动员和观众。由FIFA (国际足球联合会) 主办的世界杯每4年举办一次，是全球32支球队 (2026年48支球队) 聚集在一起，角逐足球冠军的大赛。在近1个月的时间里，将会展开小组赛和决赛的激烈争夺，整个世界都将为之振奋。

近年来，DX (数字化转型) 之风也吹到了体育界。除了用于判断犯规等视频的VAR (视频助手参考) 系统之外，从2022年卡塔尔世界杯开始，还引入了利用跟踪摄像头和球内传感器的半自动越位技术。

在2022年的卡塔尔世界杯上，VAR系统的力量淋漓尽致地体现在了日本对阵西班牙的小组赛中。VAR是视频助理裁判的缩写，它是一个视频判断系统，通过安装在体育场屋顶附近的12个跟踪摄像机和球场周围的许多超慢摄像机获得图像。在日本对阵西班牙的比赛中，日本的Kaoru Mitoma在球门线上将球折回，由Tanaka Ao将其推入球门，日本队以2:1从强大的西班牙队夺取了宝贵的胜利，进入了最后的决赛淘汰赛。Kaoru Mitoma折回的球，目视看起来像是打破了球门线。然而，从VAR系统的图像来看，虽然只有大约1毫米，但事实证明它的确在线内，并且通过裁判的确认计为分数。

每秒跟踪球和球员的位置50次

除此之外，在球场周围布置了许多相机，例如超慢速相机

VAR系统是从2018年俄罗斯世界杯开始引入的，但在2022年卡塔尔世界杯上增加了半自动越位技术以支持VAR系统。所谓越位，就是攻击方在接到传球的选手的位置和对方球门之间，需要对方球队的选手包括守门员在内有2人以上的规则。助理裁判需要不断地检查攻防最前线的越位线和传球路线，判断非常困难。而半自动越位技术是作为该问题的解决方案引入的。这是一个在球的中心内置一个小型IMU (惯性测量单元) 的系统，并且与VAR的跟踪摄像机配合来判断越位。

半自动越位技术跟踪摄像机检测球和球员的位置信息

通过IMU检测踢出球的时刻，并通过3D动画判断越位

IMU是一种惯性传感器 (惯性传感器) ，它结合了加速度传感器和陀螺仪传感器 (角速度传感器) 来检测运动，振动，冲击等。而卡塔尔世界杯的官方用球中就内置了采用先进MEMS (微机电系统) 方法制造的IMU。

这里简要地解释一下惯性传感器的原理。根据力学的“惯性定律”，当对静止物体或等速直线运动的物体施加外力时，惯性力将作用以保持其原始状态。这是因为当惯性力起作用时，当汽车启动/停止时，身体会向后移动并向前移动。此外，当旋转被添加到移动物体时，惯性力会保持其原始状态。这被称为“科里奥利力”，其大小与伴随旋转的角速度 (旋转速度) 成比例。在FIFA官方球每秒500次检测加速度和角速度，将数据发送到VAR室，并与视频数据协作以判断越位。虽然最终是由裁判判断，是一个“半自动”系统，但据说这种技术几乎消除了传统目视观察的错误判断。预计IMU将来会用于篮球和橄榄球，并且这一先进的传感技术似乎大大扩展了享受体育比赛的方式。

接下来将为大家解释基于先进MEMS工艺的加速度传感器和陀螺仪传感器的原理。MEMS是Micro Electro Mechanical System (微机电系统) 的缩写，它是一种应用半导体制造的微加工技术在硅基板 (晶片) 上整体形成传感器，执行器等的可移动部分和电路的技术。

MEMS加速度传感器和MEMS陀螺仪传感器都具有由硅基板上的弹簧支撑的振子结构。此外，在振子周围形成梳形可移动电极，并且这些结构通过将间隙与梳形固定电极组合而形成。两者都是称为电容类型的检测方法，其应用与电容式麦克风相同的原理。如下图所示，当在MEMS加速度传感器上施加加速运动时，由于惯性力，振子在加速度方向上移动，可动电极和固定电极之间的距离改变，电容改变，因此检测出变化并测量加速度的大小。

MEMS陀螺仪传感器使振子不断振动。当向传感器施加旋转时，科里奥利力垂直于振动体的振动方向起作用，可动电极和固定电极之间的距离改变，因此根据其电容的变化测量角速度的大小。

MEMS传感器内置有微小而纤细的可动部，因此在从晶圆切割 (切割) 成芯片时，如有灰尘等堵塞可动部，就会导致故障。因此，引入了一种称为WLP (晶片级封装) 的技术，该技术在制造芯片之前通过在晶片阶段密封来保护可动部。WLP技术有各种方法，但TDK的惯性传感器采用TDK集团公司InvenSense的称为“Nasiri工艺”的专有方法，通过封装带有信号处理电路的CMOS晶片和带有传感器组件的MEMS晶片，将它们电连接在一起并用盖子覆盖，消除了引线接合过程。

据说MEMS传感器制造成本的一半以上来自封装和测试。Nasiri工艺是一项创新技术，可大大减少设计，原型设计，封装和测试的时间和成本，这一直是MEMS传感器发展的瓶颈。TDK的惯性传感器活跃于智能手机，无人机，机器人，汽车等各个领域。

该产品是一种将MEMS加速度传感器和MEMS陀螺传感器一体化的小型高性能惯性测量单元。TDK提供多种产品阵容，例如由3轴加速度传感器和3轴陀螺传感器组成的6轴IMU,组合气压传感器的7轴IMU,组合3轴磁传感器 (电子罗盘) 的9轴IMU等。

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选型指南 - TE CONNECTIVITY - 2019年6月 PDF 中文下载

TE Connectivity（泰科）传感器选型指南

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产品发布时间 : 2024-10-31

智芯半导体企业介绍

型号- Z20K11XMC,Z20A8300AMPET,Z20K11XN,Z20K14X,Z20K356,Z20K312,Z20K116MCMMET,Z20K118,Z20K146MCMHLT,Z20A8300A,Z20K118NCVLLT,Z20K146MCMLLT,Z20A148M,Z20K116MCMHLT,Z20K118NCVFLT,Z20K3XX系列,Z20K116MCMFLT,Z20K118NCVHLT,Z20K14XMS 系列,Z20K144MCMLLT,Z20K118M,Z20K14XM,Z20K144MCMHLT,Z20K148MCMQLT,Z20K144MSMLLT,Z20K144MSMFLT,S32K142,Z20K144MSMHLT,Z20K14XM系列,Z20E356,Z20K142MSMMET,Z20K148MCMLLT,Z20K118MCMFLT,Z20K118MCMHLT,Z20K11X,S32K118,Z20K14XMS,Z20K11XM系列,Z20K14X 系列,Z30P4XX,Z20K114MCMFLT,Z20K14XMC 系列,Z20K14XMC,Z20K148,Z20K11XM,Z20K344,Z20K146MCMQLT,Z20K148M,Z20K3XX,Z20K116NCVLLT,Z20K116NCVFLT,Z20K116NCVHLT,Z20K11XMC 系列,Z20K142MSMFLT,Z20K142MSMHLT,Z20K11XN 系列,Z20A8300AMFKT,Z20K142MSMLLT,Z20K114MCMMET

商品及供应商介绍 - ZHIXIN - 2023年6月 PDF 中文下载

元生创新（YESENSE）成立于2016年，团队技术始于2010年，是专业的惯性导航、组合导航产品和解决方案提供商，产品包括姿态传感器（AHRS）、惯性测量单元（IMU）、RTK惯性-卫星组合导航系统（INS+GNSS RTK）、倾角传感器，广泛地应用于测量、控制、导航、定位定向等。

传感器陀螺仪导航设备运动传感器航姿参考系统姿态传感器惯性测量单元 RTK惯性-卫星组合定位导航系统

授权代理商 - 世强先进（深圳）科技股份有限公司线上商城技术资料

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探索TDK InvenSense增强现实技术，预见AR眼镜新纪元

AR和VR技术正逐渐改变我们的生活，其中VR提供沉浸式体验，而AR眼镜可能取代部分智能手机功能，如通话和导航。尽管存在技术挑战，如尺寸、重量和成本，TDK InvenSense的技术进步正推动AR眼镜的发展，使其更轻便、功能更强大，未来可能成为日常生活的重要工具。

产品发布时间 : 2024-10-16

类比半导体（AnalogySemi）汽车应用产品选型指南

描述- 类比半导体为一家模拟及数模混合芯片和解决方案供应商，公司成立于2018年，由一批来自于国际顶尖半导体公司的本土工程师创建。

型号- CSA245Q,REF3XXQ,HD7080Q,DR703Q,HD7040Q,DR7804Q,HD70152Q,DR7808Q,DR7808,AFE101Q,DR7804,CL1051Q,ADX111Q,CSA601Q,IS801Q,HD7015Q,HD70202Q,DR702Q,DR704Q,HD70402Q,HD7080MQ,DR70XQ,HD7040MQ,DR8112Q,DR8102Q,CL1042Q,HD7008Q,CL1044Q,AFE102Q,ADX92XQ,HD70802Q,ADX112Q,CSA240Q,ADX320Q,ADX3202Q,HD70804Q

选型指南 - 类比半导体 - 2024/4/15 PDF 中文下载

智芯传感自主研发微差压气体压力传感器和防水型压力传感器，积极推动工业领域迈向智能化

目前，由北京智芯传感科技有限公司自主研发的微差压气体压力传感器ZXP8系列和防水型压力传感器ZXP4系列产品，走在了MEMS压力传感器国产化的前列，广泛地应用在军工、工业、汽车、摩托车、医疗、手机及消费电子类等多个行业。

原厂动态发布时间 : 2022-11-08

TDK InvenSense全面量产ASIL-B惯性测量单元IAM-20685，支持自动泊车和视觉系统等广泛ADAS应用

TDK集团宣布IAM-20685正式量产，这是按照ISO 26262标准为ADAS和自动驾驶汽车系统开发的最小ASIL-B单片6轴MEMS IMU。支持自动泊车、ADAS域控制器和视觉系统等广泛的ADAS应用。该产品简化了汽车ADAS系统的开发，也攻克了其他的技术弱点，这得益于其6轴集成和组件级别的ASIL-B兼容性。在市场上，其高性能和最小尺寸意味着其在集成定位、视觉和雷达模块中是最佳的IMU。

原厂动态发布时间 : 2023-06-15