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MEMS陀螺仪精讲


MEMS陀螺仪的分类
1.振动式微机械陀螺仪 振动式微机械陀螺仪利用单晶硅或多晶硅制成的振动质 量,在被基带动旋转时的哥氏效应感测角速度。
2.转子式微机械陀螺仪 转子式微机械陀螺仪的转子由多晶硅制成,采用静电悬 浮,并通过力短再平衡回路测出角速度。从功能看,转 子式微机械陀螺仪属于双轴速率陀螺仪或双轴角速率传 感器。 3.微机械加速度计陀螺仪 微机械加速度计陀螺仪是由参数匹配的两个微机械加速 度计做反向高频抖动 而构成的多功能惯性传感器,兼 有测量加速度和角速度的双重功能。
2、日前,意法半导体(ST)新推出13款单轴和双轴陀螺 仪。这种陀螺仪有以下值得关注的地方: ①这种全新高性能角运动传感器 可运用于手势控制的游戏机和遥 控指向产品、数字摄像机或数码 相机的图像稳定功能,以及GPS 导航辅助系统。 ②意法半导体的陀螺仪包括关断模式 (当整个器件完全关断时)和睡眠模式, 部分电路在睡眠模式下被关断,不但 大幅降低功耗,并可快速唤醒,使电 源开关更加智能化。 ③意法半导体的高性能MEMS陀螺仪 拥有抗机械应力,并改进了内部自 检功能,使客户在组装后可以验证 传感器功能,无需在测试过程中移 动电路板。
MEMS陀螺仪的应用发展史
1.MEMS陀螺仪的第一波应用是1990年代的汽车安 全系统
2.MEMS陀螺仪第二波应用是始于2000年的消费电 子产品 3.MEMS陀螺仪的第三波应用将开始出现在医疗、工 业器械等领域
MEMS陀螺仪的军事应用优势
在现今的世界格局中,战争以 信息化战争的对抗为主,重点 是发展精确制导武器,MEMS陀 螺仪在其中发挥了重要作用。
整合MEMS加速计和陀螺仪地磁的模块 正在进入廉价的电子玩具市场,传感 器模块提供的动作感应功能可实现互 动的游戏体验,还能让更小的儿童上 网分享快乐:孩子们很快就能够用自 然的动作玩这些玩具,不再使用按钮 或键盘一类的东西。
关于MEMS陀螺仪的最新国外成果
1、美商亚德诺(AnalADIS 16136 的 iSensor 数位MEMS陀螺仪。该陀螺仪具有以下 特点: ①尺寸仅火柴盒大小,却能提供3.5 o /hr的典型偏压稳定 度,且只消耗低于1瓦特的功率,重量则只有25公克。 ②能够自主运作,而且在产生出精密且精确速率的感测资 料之前不需要使用者进行组态设定,可以快速的实现精密的独 立应用装置,像是平台稳定与控制、导航、机器人、以及医疗 仪器。 ③ADIS 16136以高达2048 SPS(每秒取样)的速率提供资料, 并具有平均/降频滤波器结构,能够将杂讯与频宽之间的权衡达 到最佳化。
MEMS陀螺仪
关于MEMS陀螺仪的探讨
一、陀螺仪发展历程 二、MEMS陀螺仪原理及分类
三、MEMS陀螺仪的应用
四、关于MEMS陀螺仪的最新年研究成果
陀螺仪的发展历程简介
陀螺仪的发展大致经历了下列几个过程:
1.20世纪50年代的液浮陀螺仪
2.70年代的动力调谐陀螺仪(又称挠性陀螺仪, DTG)。 3.20世纪80年代的环形激光陀螺仪(RLG)、 光纤陀螺仪(FOG)。 4.到90年代的振动陀螺仪。 5.目前研究报导较多的微机械电子系统陀螺 仪(简称微机械陀螺仪,MEMSG)。
易于数字化和智能化
易于数字化和智能化 • 由于传统陀螺仪成本高、体积大、结构脆弱, 在机械架构或价格考虑上,无法适用于消费性 电子产品的主流市场,但目前MEMS陀螺仪产品 尺寸已缩小到mm级,成功应用于手机、MID、 手柄、鼠标、数码相机这样的小型设备中。事 实上,用硅材料制的MEMS陀螺仪不仅实现了微 型化,而且由于硅的微加工技术与集成工艺技 术的相容性,可以将敏感器件与处理电路完全 集成在一个硅片上,从而实现了陀螺仪真正意 义上的机电一体化。
低成本批量生产
• 将MEMS陀螺仪与其辅助电路整合在同一个封装内, 运用创新的MEMS制程技术,简化传感器与线路之 间的焊接过程,并缩小它们的封装尺寸(多轴陀 螺仪的系统封装面积仅为3×5平方毫米),用一 块硅片可一次性快速生产大量产品,实现低成本 量产。
MEMS陀螺仪的特点
缺点:
• 陀螺仪根据精度划分,有超高精度、中高精度陀 螺仪和低精度陀螺仪。MEMS陀螺仪虽然应用前景 广,但目前仍属于低精度陀螺仪,随机漂移误差 较大。超高精度陀螺仪主要包括静电陀螺、磁浮 陀螺和液浮陀螺。目前最高精度的陀螺仪是静电 陀螺仪。
MEMS陀螺仪能够提供准确的方位, 位置,速度,加速度等信息,并可 应用在战术导弹,智能炮弹,新概 念武器,空间飞行器,自主式潜艇 导航等领域。
MEMS陀螺仪的民用优势
微机械陀螺仪由于具有非 常容易小型化和批量生产, 成本低和体积小等特点。 近年来,在很多应用中受 到密切地关注。 MEMS陀螺仪可 在数码相机中 用于稳定图像
MEMS陀螺仪原理简介
• 我们以一个单轴偏航陀螺仪为例,探讨最简单的 工作原理。
MEMS陀螺仪原理简介
• 两个正在运动的质点向相反方向做连续运动, 如蓝色箭头所示。只要从外部施加一个角速率, 就会产生一个与质点运动方向垂直的科里奥利 力,如图中黄色箭头所示。产生的科里奥利力 使感应质点发生位移,位移大小与所施加的角 速率大小成正比。因为传感器感应部分的运动 电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边, 上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变 化,因此,在陀螺仪输入部分施加的角速率被 转化成一个专用电路可以检测的电参数。
科里奥效应
• MEMS陀螺仪利用科里奥效应测量运动物体的角速 率,根据科里奥效应,当一个物体(m)沿方向运动 且施加角旋转速率时,该物体将受到一个科里奥 利力。法国物理学家科里奥利于1835年第一次详 细地研究 了这种现象,因此这种现象称为“科里 奥利效应”。有时把它称为“科里奥利力”,但 它并不真是一种力;它只不过是惯性的结果。
MEMS陀螺仪的特点
优点:
• 陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴动作的角速 度,是补充加速度计功能的理想技术。结合加 速度计和陀螺仪这两种感测器,可以跟踪并捕 捉3D空间的完整动作,提供更真实的用户体验、 精确的导航系统及其他功能。 • 与传统陀螺仪相比,MEMS陀螺仪具有体积小、 重量轻、成本低、功耗低、可靠性好、测量范 围大、易于数字化和智能化等突出的优点。
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