MEMS陀螺儀即硅微機(jī)電陀螺儀,絕大多�(shù)的MEMS陀螺儀依賴于相互正交的振動和轉(zhuǎn)動引起的交變科里奧利�。MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是指集機(jī)械元素、微�傳感�、微��(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電�、通信�電源于一體的完整微型�(jī)電系�(tǒng)�
MEMS 陀螺儀(gyroscope)的工作原理傳�(tǒng)的陀螺儀主要是利用角動量守恒原理, 因此它主要是一個不停轉(zhuǎn)動的物體, 它的�(zhuǎn)軸指 向不隨承載它的支架的旋轉(zhuǎn)而變�.
但是 MEMS 陀螺儀(gyroscope)的工作原理不是這樣�,�?yàn)橐梦C(jī)械技�(shù)在硅片襯� 上加工出一個可�(zhuǎn)動的�(jié)�(gòu)可不是一件容易的�.MEMS 陀螺儀利用科里奧利力——旋�(zhuǎn) 物體在有徑向�(yùn)動時所受到的切向力. 下面是導(dǎo)出科里奧利力的方�. 有力�(xué)知識的讀者應(yīng) 該不難理�.
在空間設(shè)立動�(tài)坐標(biāo)�(圖一).用以下方程計(jì)算加速度可以得到三項(xiàng),分別來自徑向� �,科里奧利加速度和向心加速度.
如果物體在圓盤上沒有徑向�(yùn)�,科里奧利力就不會�(chǎn)�.因此,� MEMS 陀螺儀的設(shè)�(jì) �,這個物體被�(qū)�,不停地來回做徑向�(yùn)動或者震�,與此對應(yīng)的科里奧利力就是不停� 在橫向來回變�,并有可能使物體在橫向作微小震�,相位正好與驅(qū)動力� 90 �.
MEMS 陀螺儀通常有兩個方向的可移動電容板.徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向 �(yùn)�(有點(diǎn)象加速度�(jì)中的自測試模�) ,橫向的電容板測量由于橫向科里奧利�(yùn)動帶來的 電容變化(就象加速度�(jì)測量加速度) .�?yàn)榭评飱W利力正比于角速度,所以由電容的變� 可以�(jì)算出角速度.
MEMS陀螺儀是利� coriolis 定理,將旋轉(zhuǎn)物體的角速度�(zhuǎn)換成與角速度成正比的直流電壓信號,其核心部件通過摻雜技�(shù)、光刻技�(shù)、腐蝕技�(shù)、LIGA技�(shù)、封裝技�(shù)等批量生�(chǎn)的,它主要特�(diǎn)�
1. 體積�、重量輕,其邊長都小� 1mm,器件核心的重量僅為1.2mg�
2. 成本�
3. 可靠性好,工作壽命超� 10 萬小�,能承受1000g 的沖��
4. 測量范圍�,目前我公司生產(chǎn)� MEMS 陀螺儀測量范圍可擴(kuò)展到7560?/s�
MEMS 陀螺儀(gyroscope)的設(shè)�(jì)和工作原理可能各種各�,但是公開� MEMS 陀螺儀� 采用振動物體傳感角速度的概�. 利用振動來誘�(dǎo)和探測科里奧利力而設(shè)�(jì)� MEMS 陀螺儀 沒有旋轉(zhuǎn)部件, 不需要軸�, 已被證明可以用微�(jī)械加工技�(shù)大批量生�(chǎn). 絕大多數(shù) MEMS 陀螺儀依賴于由相互正交的振動和�(zhuǎn)動引起的交變科里奧利�. 振動物體被柔軟的彈性結(jié)�(gòu) 懸掛在基底之�. 整體動力�(xué)系統(tǒng)是二維彈性阻尼系�(tǒng), 在這個系�(tǒng)中振動和�(zhuǎn)動誘�(dǎo)的科 里奧利力把正比于角速度的能量轉(zhuǎn)移到傳感模式.
通過改�(jìn)�(shè)�(jì)和靜電調(diào)試使得驅(qū)動和傳感的共振頻率一�, 以實(shí)�(xiàn)可能的能量轉(zhuǎn)�, � 而獲得靈敏度.大多�(shù) MEMS 陀螺儀�(qū)動和傳感模式完全匹配或接近匹�,它對系統(tǒng)� 振動參數(shù)變化極其敏感, 而這些系統(tǒng)參數(shù)會改變振動的固有頻率, 因此需要一個好的控制架 �(gòu)來做修正.如果需要高的品�(zhì)因子(Q) ,�(qū)動和感應(yīng)的頻寬必須很�.增加 1%的頻寬可 能降� 20%的信號輸�.還有阻尼大小也會影響信號輸出.
一般的 MEMS 陀螺儀由梳子結(jié)�(gòu)的驅(qū)動部分和電容板形狀的傳感部分組�. 有的�(shè)�(jì)還帶有去�(qū)動和傳感耦合的結(jié)�(gòu).
陀螺儀在選用時,必須注意被測參�(shù)的物理環(huán)境和必要的性能指標(biāo)。具體要求分列如下:
1.性能要求
?�?.隨機(jī)漂移、隨�(jī)游走系數(shù)、輸出噪�
不同�(jié)�(gòu)形式、不同原理的陀螺儀的對漂移率定義和要求不同,機(jī)械式陀螺儀精度使用的是隨機(jī)漂移,光纖陀螺儀使用的隨�(jī)游走系數(shù)�
隨機(jī)漂移——指由隨�(jī)的或不確定的有害力矩引起的漂移率�
隨機(jī)游走系數(shù)——由白噪聲產(chǎn)生的隨時間累�(jì)的陀螺儀輸出誤差系數(shù)�
單位: ?/h1/2�?/s1/2�
輸出噪聲的單位:?/h/Hz1/2�?/s /Hz1/2 �
輸出噪聲和隨�(jī)游走系數(shù)的關(guān)系如下:
1?/h/Hz1/2=1?/60×h1/2
1?/s /Hz1/2=1?/s1/2
MEMS 陀螺儀使用的輸出噪聲這個指�(biāo)。并且一定要選定合適的帶�,在能滿足使用要求的前提下,盡量選擇帶寬較低的陀螺儀,因?yàn)閹捲酱螅敵鲈肼曉酱蟆?/FONT>
?�?測量范圍
選擇陀螺儀的量程時,應(yīng)注意以下幾點(diǎn)�
輸入角速率——陀螺儀�、反方向輸入角速率的值,在此輸入角速率范圍�(nèi),陀螺儀�(biāo)度因�(shù)非線性滿足規(guī)定要��
?�?閾值——陀螺儀能敏感的最小輸入角速率。由該輸入角速率�(chǎn)生的輸出至少�(yīng)等于按標(biāo)度因�(shù)所期望輸出值的50�。單位:?/s�?/h�
?�?分辨率——陀螺儀在規(guī)定的輸入角速率�,能敏感的最小輸入角速率增量,至少應(yīng)等于按標(biāo)度因�(shù)所期望輸出增量�50�。單位:?/s�?/h�
選擇陀螺儀的測量范圍時,的角速率是陀螺儀的量程的2/3,最小的角速率�(yīng)該高于閾�、分辨率�
?�?�(biāo)度因�(shù)——陀螺儀輸出量與輸入角速率的比值�
它是用某一特定直線的斜率表示的,該直線是根�(jù)整個輸入角速率范圍�(nèi)測得的輸入、輸出數(shù)�(jù),用最小二乘法擬合求得�
?�?�(biāo)度因�(shù)非線性度——在輸入角速率范圍�(nèi),陀螺儀輸出量相對于最小二乘法擬合直線的的偏差與輸出量之比�
2.�(huán)境要�
?�?溫度范圍要求,必須滿足陀螺儀使用的極限溫��
?�?線加速度與沖�。必須滿足陀螺儀極限溫度
�.振動條件,分為正弦振動、隨�(jī)振動�
3.基本物理參量
主要指重�、體�、功率以及能源種類等方面的要求�
4.可靠性和壽命�
指的是抗沖擊、抗干擾的能力和有效的使用時間�
1. 首先要認(rèn)清陀螺儀上面的標(biāo)�
代表為角速率陀螺儀的輸入軸(按右手�(guī)則)朝上,角速度為逆時針方��
代表為角速率陀螺儀的輸入軸(按右手�(guī)則)朝下,角速度為順時針方向�
2. 陀螺儀的安裝基�(zhǔn)面是兩邊的安裝法蘭盤�
3. 安裝陀螺儀時必須將儀表的輸入軸與被測角速度的方向同軸或平行�
維庫電子�,電子知�,一查百��
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