微陀螺的应用实例

合集下载

倾角加速度工作原理

倾角加速度工作原理

倾角加速度工作原理倾角加速度是一种用于测量物体运动姿态的装置,它可以测量物体相对于地面的倾斜角度,同时也可以感知物体的加速度。

在许多应用中,倾角加速度可以用于导航、航空、军事和运动控制等领域。

此外,它还可以用于判断物体是否发生碰撞,从而确保人员和设备的安全。

倾角加速度的工作原理是基于微机械系统(MEMS)芯片技术。

其结构由微型加速计和微型陀螺仪组成。

微型加速计可感知物体的加速度,而微型陀螺仪则可以测量物体的旋转速率。

通过将这两个信号结合起来,就可以计算出物体相对于地面的倾斜角度。

具体来说,倾角加速度的传感器包含一个微小的质量块和一组微弱的弹簧。

当物体受到加速度时,质量块会在弹簧的作用下发生位移,并产生惯性力。

这个惯性力可以通过压电材料产生电信号,并且这个电信号大小与物体加速度大小成正比。

另一方面,当物体发生旋转时,微型陀螺仪会感知到它的旋转速率。

陀螺仪内部有一个旋转式陀螺,当物体发生旋转时,陀螺也会随之旋转。

这个旋转将会产生一个叫做旋进力矩的作用力,在陀螺仪内部产生一个电场。

这个电场也可以用来测量物体的角速度。

通过将微型加速计和微型陀螺仪的信号结合起来,就可以计算出物体相对于地面的倾斜角度。

具体计算方式如下:首先,使用微型加速计来确定物体所在的加速度方向。

然后,使用微型陀螺仪来测量物体在三个轴上的角速度。

在将这些数值结合起来时,还需要考虑到地球引力的影响。

因此,需要使用数学方程计算出地球引力在加速计坐标系中的分量,并将其从加速计信号中减去。

最后,将经过处理的加速度和角速度信号输入到卡尔曼滤波器中,以得到更准确的结果。

卡尔曼滤波利用贝叶斯估计理论对传感器数据进行滤波处理,可以有效地减少误差和噪声影响,提高测量精度。

总之,倾角加速度是一种高精度的测量装置,可以在许多应用中发挥重要作用。

通过运用MEMS芯片技术和卡尔曼滤波算法,可以实现对物体姿态的精确测量和控制,从而满足不同应用场景的需求。

mems传感器、执行装置等应用领域,关键技术与国内外发展概况

mems传感器、执行装置等应用领域,关键技术与国内外发展概况

mems传感器、执行装置等应用领域,关键技术与国内外发展概况MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。

与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。

同时,微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

第一个微型传感器诞生于1962年,至此开启了MEMS技术的先河。

此后,MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快,长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视,各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一,投入巨资进行专项研究。

随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展,传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展,MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器,占据传感器主导地位,并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。

1 MEMS传感器及分类从微小化和集成化的角度,MEMS(或称微系统)指可批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。

微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上发展起来的,融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术,并应用现代信息技术构成的微型系统。

是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿,是当前十分活跃的研究领域,涉及多学科的交叉,如物理学、力学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程技术学科。

该领域研究时间虽然很短,但是已经在工业、农业、机械电子、生物医疗等方面取得很大的突破,同时产生了巨大的经济效益。

2.1 MEMS传感器MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是MEMS 器件的一个重要分支。

依赖于MEMS技术的传感器主要有以下技术特点:1)微型化:体积微小是MEMS器件最为明显的特征,其芯片的尺度基本为纳米或微米级别。

陀螺仪芯片原理

陀螺仪芯片原理

陀螺仪芯片原理陀螺仪芯片是一种用于测量旋转角速度的传感器,它在许多电子设备中都有着重要的应用。

在我们生活中,陀螺仪芯片被广泛应用于智能手机、平板电脑、导航系统、飞行器等设备中,它可以帮助设备实现姿态稳定控制、导航定位、运动控制等功能。

那么,陀螺仪芯片是如何工作的呢?接下来,我们将深入探讨陀螺仪芯片的原理。

陀螺仪芯片是基于陀螺效应工作的,陀螺效应是指当陀螺仪芯片受到外界力矩作用时,它会产生一个垂直于受力平面的力矩,从而使陀螺仪芯片产生旋转。

陀螺仪芯片通常由一个旋转部件和一个测量部件组成。

旋转部件通常是一根细长的旋转轴,当陀螺仪芯片受到旋转时,旋转轴会产生一个垂直于旋转方向的角速度。

测量部件则是用来测量旋转轴的角速度的,它通常是一种能够产生电信号的装置,当旋转轴旋转时,测量部件会产生一个与旋转轴角速度成正比的电信号。

在陀螺仪芯片中,常见的测量部件有电容式陀螺仪和MEMS陀螺仪。

电容式陀螺仪是利用旋转部件和测量部件之间的相对运动改变电容量来测量角速度的,而MEMS陀螺仪则是利用微机电系统技术制作的微型陀螺仪,它通常由微机电陀螺仪芯片和信号处理电路组成,能够实现更高的精度和更小的体积。

除了测量角速度外,陀螺仪芯片还需要进行信号处理和数据输出。

信号处理通常包括滤波、放大、AD转换等过程,用来提取和处理测量部件产生的电信号,将其转换为数字信号。

数据输出则是将处理后的数字信号输出给外部设备,比如微处理器、控制器等,以实现姿态稳定控制、导航定位、运动控制等功能。

总的来说,陀螺仪芯片的原理是利用陀螺效应测量旋转角速度,并通过测量部件、信号处理和数据输出实现对角速度的测量和处理。

随着科技的不断发展,陀螺仪芯片的精度、稳定性和体积都在不断提升,将为更多的电子设备提供更加精准和可靠的测量和控制能力。

集成微光学陀螺研究现状、发展趋势和挑战

集成微光学陀螺研究现状、发展趋势和挑战

集成微光学陀螺研究现状、发展趋势和挑战
邹康;曲天良;张熙
【期刊名称】《飞控与探测》
【年(卷),期】2024(7)2
【摘要】随着集成光子学和微纳工艺的飞速发展,微光学陀螺以其在芯片化、集成化上的优势广泛应用于下一代高精度小型化惯性导航系统中,在国防武器、微型飞行器以及无人机器控制等领域发挥重要作用。

充分调研了国内外微光学陀螺研制方案及研究现状,介绍了包括干涉式、谐振式、布里渊散射式光学陀螺以及微光机电陀螺等四类微光学陀螺的工作原理和性能指标;光学微腔作为微光学陀螺中角速度核心敏感器件,其性能直接决定着陀螺系统精度指标,因此充分论述了氮化硅波导以及回音壁模式等新体制微腔的特性及优点,并针对其传输损耗、品质因子和陀螺性能等指标进行了对比和分析;最后总结了微光学陀螺芯片化的发展趋势以及在分立元器件性能提升、系统耦合与封装上遇到的机遇和挑战。

【总页数】15页(P73-87)
【作者】邹康;曲天良;张熙
【作者单位】华中光电技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.单Y型集成光学芯片的性能和集成光学陀螺关键技术研究
2.芯片级多轴集成微陀螺方案对比与发展趋势分析
3.应用于集成光学陀螺敏感单元的硅基微环谐振腔
4.谐振式集成光学陀螺的研究与进展
5.集成光学陀螺及相关技术研究的现状与展望
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

MEMS在军事领域中的应用前景

MEMS在军事领域中的应用前景

MEMS在军事领域中的应用前景微机电系统(MEMS)在国民经济、科研和国防上应用甚广,文中较详细地说明MEMS在军事领域中的惯性测量器件、测控技术和信息管理上的多种应用。

表明MEMS在加速国防现代化有着重要的应用前景及其极端重要作用。

微机电系统(MEMS)是一门新兴学科, 在国民经济和科学研究的众多领域应用甚广, 在国防科技中也有着广阔的应用前景。

信息技术在未来战争中有着重要的地位:未来战争中指挥中心、武器系统、甚至士兵本人将使用不同层次的(军事)信息系统, 使部队作战时情况明, 战斗力强, 并能迅速的控制战场; 这是推动MEMS技术在军事领域中应用的动力。

欧、美和日本均把MEMS作为高科技放在优先发展的地位, 并得到国防部门的大力支持。

MEMS产品在信息采集, 军事设施监控, 改进武器系统、指挥系统和后勤保障体系, 尤其在国防科技研究领域大有用武之地。

本文介绍MEMS产品在军事领域应用的若干实例, 以展示其应用前景。

可以相信, 随着MEMS研究的深入开展, 其产品对于国防技术的现代化有着十分重要的作用。

1惯性测量器件的应用采用微机械加工技术已研制成加速度传感器和陀螺仪等惯性测量器件, 前者发展比较成熟, 作为民品已大量生产, 主要用在汽车上, 预计到2000年, 年销售额可达25亿美元。

陀螺仪的制造比加速度传感器复杂, 其性能正在不断提高。

军事上对惯性测量元件要求很苛刻, 从而促进了MEMS陀螺仪的加速发展。

1. 1弹的安全保险与引爆装置弹药在贮运过程中要求安全保险, 在战斗中又能可靠引爆, 不能出现“哑弹”。

哑弹战时会延误战机, 而战后哑弹的排除既费时, 费钱, 又十分危险。

在大规模战争中, 投弹量可达天文数字, 如果哑弹仅占1~2%, 其数量也是相当可观的, 因此, 确保各类弹可靠引爆是国防科技中一个非常重要的课题。

MEMS加速度传感器可用于弹的引爆, 可大幅度提高引爆的可靠性及贮存的安全性。

石英微陀螺的机械耦合问题研究

石英微陀螺的机械耦合问题研究
Ab ta t T e me h nc le u f g o c o c ie u r yo c p s s de n o ee ,te mlf m ̄p b t e up t s c : h c a ia o p n fmirma hn d q a t g r so e wa t id a d m d l r i z u d h ao i e we n o tu s n l d me h nc lc u l g o y s o e wa e v y c mp r g a d a a  ̄ g ie l a d n n ie l mo es h n u n e o i a a c a i a o pi f g r c p s d r e b o ai n l n d a o - a d l .T e if e c f g n n o id n n y n d l me h nc l o pig o aa e e f y oc p a e n t t y s l t n c a i u l n p rm tro rs o e w sd mo s ae b i ai . ac n g rd mu o Ke r s mirma hn yo c p ;me h nc lc u l ;q a t y wo d : c o c ie g rso e d c aia o p n i g ur z
定了机械耦合误差并不能被彻底消除。要想有效抑制机械耦合 , 必须对其有一个全面的认识。本文针 对石英微陀螺, 建立理想和非理想陀螺的结构模型并进行对 比, 通过仿真试验 , 探讨机械耦合对陀螺性 能的影响 , 以求对微陀螺中的机械耦合有更进一步的了解 。
t 收 稿 日期 :06— 9 5 2O 0 —0
维普资讯
第 2 卷第 1 9 期

mems陀螺失效现象

mems陀螺失效现象摘要:1.介绍MEMS 陀螺2.MEMS 陀螺的失效现象3.失效现象的原因4.解决失效现象的方法5.总结正文:MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 陀螺,即微机电系统陀螺,是一种利用微电子技术制造的微型陀螺仪,具有体积小、质量轻、功耗低、精度高等优点,被广泛应用于航空航天、军事、汽车、医疗等领域。

然而,MEMS 陀螺在使用过程中会出现失效现象。

失效现象主要包括以下两种:第一种是漂移失效。

漂移是指MEMS 陀螺在无外力作用下,由于内部摩擦等因素导致的角速度不稳定现象。

漂移失效会导致MEMS 陀螺的角速度误差不断累积,最终导致测量结果的误差。

第二种是机械失效。

机械失效是指MEMS 陀螺由于内部结构的损坏、磨损等原因导致的失效。

机械失效会导致MEMS 陀螺的结构变形、质量变化等问题,从而影响其测量精度和稳定性。

那么,MEMS 陀螺失效现象的原因是什么呢?MEMS 陀螺的失效现象主要是由于其内部结构的微小尺寸和复杂性导致的。

由于MEMS 陀螺的内部结构非常微小,因此容易受到温度、湿度、振动等因素的影响。

同时,MEMS 陀螺的内部结构非常复杂,由多个微小的部件组成,因此在制造和使用过程中容易产生缺陷和故障。

针对MEMS 陀螺失效现象,有哪些解决方法呢?为了减少漂移失效,可以采用以下方法:减少内部摩擦、提高角速度稳定性、采用温度补偿技术等。

为了减少机械失效,可以采用以下方法:提高材料强度、增加制造工艺的精度、采用可靠性更高的结构设计等。

MEMS 陀螺是一种高精度、高稳定性的微型陀螺仪,被广泛应用于各个领域。

但是,MEMS 陀螺在使用过程中会出现漂移失效和机械失效等失效现象。

MEMS

MEMS流体陀螺的研究进展作者:秦奎,张卫平,陈文元来源:《现代电子技术》2010年第10期摘要:随着微机电技术(MEMS)的快速发展,惯性器件微陀螺得到了广泛的发展和应用,其中微流体陀螺具有体积小、重量轻、成本低和抗高冲击等独特优点。

根据陀螺原理的不同介绍了几种微流体陀螺,包括气体对流微陀螺、射流微陀螺、ECF流体微陀螺和超流体陀螺,气体对流陀螺和射流微陀螺属于常用的典型流体陀螺,而ECF流体陀螺和超流体陀螺属于新型的流体陀螺,分别分析了它们的原理和应用情况,并对它们的应用前景进行了展望,微流体陀螺将在惯性导航和自动控制等方面发挥越来越重要的作用。

关键词:MEMS技术; 惯性器件; 微流体陀螺; 惯性导航中图分类号:V241.6 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)10-0172-03Research Progress of MEMS Fluid GyroscopeQIN Kui, ZHANG Wei-ping, CHEN Wen-yuan(National Key Laboratory of Nano/Micro Fabrication Technology, Key Laboratory for Thin Film and Microfabrication of Ministry of Education,Institute of Micro and Nano Science and Technology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)Abstract:micro-gyroscope inertial devices have a wide range of development and application, with the rapid development of technology of micro electro mechanical systems, in which micro-fluid gyroscope with small size, light weight, low cost, high impact resistance and other unique advantages. According to the different principles, several typical micro-fluid gyroscope are introduced, including gas convection micro-gyroscope, jet micro-gyroscope, ECF micro-fluid and super-fluid gyroscope, in which gas convection micro-gyroscope and jet micro-gyroscope are common type fluid gyroscope and ECF micro-fluid and super-fluid gyroscope are new type fluid gyroscope. The theory, application and application prospect are analysed. Micro-fluid gyroscope will play a more and more important role in the areas of inertial navigation, automatic control and some others.Keywords:MEMS technology; inertial devices; micro-fluid gyroscope; inertial navigation0 引言MEMS技术的发展使得惯性技术领域正在经历一场深刻的变化。

温度应力下微陀螺仪的加速寿命评估

温度应力下微陀螺仪的加速寿命评估于丽霞;秦丽;王淑英;吉腾飞;鲍爱达【摘要】针对现有方法无法快速准确对微机械陀螺仪寿命评估的问题,提出了温度应力下陀螺仪的加速寿命评估方法.该方法采用故障树分析法确定了微陀螺仪的主要失效模式和敏感环境应力,采用温度环境试验的方法确定温度变化对微陀螺仪零偏的影响,采用高温步进应力试验确定样本的工作极限,采用恒定应力试验得到失效时间.选择正态分布和Weibull分布利用统计理论验证加速试验过程失效机理的一致性,建立加速模型外推微陀螺仪在正常使用环境中的可靠度函数.结合应用需求,选择保守评估结果和最优拟合分布形式相符合,达到寿命评估的目的.实例表明:该方法的步骤简捷、正确可行,为微陀螺仪在实际应用中提供了重要的参考依据.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】4页(P78-81)【关键词】微陀螺仪;分布检验;加速模型;寿命评估【作者】于丽霞;秦丽;王淑英;吉腾飞;鲍爱达【作者单位】中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学信息与通信工程学院,山西太原 030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器与电子学院,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术重点实验室,山西太原030051;中北大学仪器与电子学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP212.10 引言硅微机械陀螺仪作为惯性导航系统的关键器件之一,通常与弹体同步装配,记录弹体的动态信息。

在实际应用环境下,常伴随高温、温变、瞬态高温等恶劣环境,而制作微陀螺仪芯片的硅材料的物理特性受温度变化影响显著,从而会影响微陀螺仪的标度因数和零偏等参数,造成测试弹体信息的精确度下降。

为此,开展模拟恶劣温度环境的可靠性试验与评估研究不容忽视。

微惯性技术

微惯性器件元件
1
主要内容
微加速度计
微陀螺仪 微型惯性测量组合
2
微加速度计
微加速度计
定义 工作原理
分类
信号检测
设计程序
3
1.1 加速度计
加速度计是利用检测质量块或震动探测块来测量
加速度的。
外部加速度对质量块发生作用,然后通过测量质 量块的位移、质量块对框架的作用力,或保持其 位置不同所需的力来得出加速度值。
多采用平面电极或梳状电极静电驱动,并采 用平板电容器进行检测。
76
可分为:
梳状驱动平板式振动陀螺仪
A C1 C 2 z0
19
图a
Cs1
0 A
d 0 d
Cs 2
0 A
d 0 d
d C Cs 2 Cs1 2C0 d0
F ma kd
2m C0 C1 a kd0
20
4.2.2 扭摆式微机械加速度计
扭摆式硅微机械加速度计 最初由美国德雷珀实验室 研制。 整个加速度计由挠性轴、 角振动板块和质量块、四 个电极及其电子线路组成。 质量块敏感加速度引起板 块的角振动,产生电容输 出信号。
27
4.3 隧道式微机械加速度计
由物理学可知,将尺寸很小 (10-9m)的极细探针和被 研究物质表面作为两个电极, 当它们之间非常接近(< 1μm)时,在外电场作用下, 电子会穿过这两个电极从一 极流向另一极,这就是隧道 效应。
28
实验发现,当这两极间距减少0.1nm,隧道电 流将增加10倍,利用这种效应可以测量加速度。 电子隧道型加速度计通常由检测质量、支承梁、 隧道探针和控制电路等部分组成。它的工作原 理是,当被测加速度使检测质量与隧道探针之 间距离发生变化时,两极间将产生巨大的电流 变化,检出这一变化信号就可测得加速度。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

22011315 李奕其
微陀螺在汽车中的应用
一、微机械陀螺的简介
微机械英文简称MEMS,是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写,即微电子机械系统。

微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的 21世纪前沿技术,是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。

它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。

这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令,还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。

它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺,制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。

陀螺是用于测量物体角速度和角位移的传感器。

按照工作原理分类,陀螺可以分为三类:旋转式陀螺、光学陀螺和振动式陀螺。

由于公开的微机械陀螺均属于振动式陀螺,因此我们了解一下振动式陀螺的工作原理。

振动式陀螺的敏感原理是:转动坐标系中的运动物体会受到与速度方向垂直的惯性力的作用,这一惯性力称为coriolsi力。

coriolsi力与转动角速度成正比,检测Coroisli力,就可得到转动系统的转动角速度。

由于coriolsi力作用使得系统产生沿检测方向的振动,微机械陀螺利用MEMS技术制作出不同的检测装置,根据不同的检测原理测量出检测方向的振动,从而计算出被检测对象的角速度。

二、微陀螺仪工作原理
微机械陀螺仪利用了哥氏力现象,其原理如图1所示。

当图中的物体沿X轴做周期性振动或其他运动时,并且XY坐标系沿Z轴做角速度为Ωz旋转运动,就会在该物体上产生一个沿Y轴方向的哥氏力,其矢量可按式1计算[1]。

(1)
式中:F(t)是哥氏力,m是该物体的质量,ΩZ是坐标系旋转的角速度,是该物体的矢量速度。

图2,LY530AL单轴偏航陀螺仪结构
微机械陀螺仪LY530AL,它采用了对称的双质量块结构,如图2所示。


块1和1’是检测质量块,2和2’是驱动质量块,并且检测质量块是附着在驱动
质量块之上。

受限于结构件3,检测质量块能够被动的随驱动质量块沿驱动轴(X 轴)运动,而在检测轴(Y轴)方向,检测质量块则能在哥氏力的作用下自由运动。

所以检测质量块会有两个轴向运动,一个是随驱动质量块沿X轴的受限被
动运动,另一个是由哥氏力牵引着在Y轴的自由运动。

4(4’)和5(5’)分别
是驱动电极和检测电极。

[2]
根据式1,哥氏力产生的加速度为a(t)=2ΩZ×。

振动速度为已知量,如果得到检
测质量块上的哥氏力加速度a(t),然后结合振动速度进行同步解调,就可以检测出XY坐标系的旋转角速度。

这就是微机械振动陀螺仪的基本工作过程。

由于加速度的检测方法较为简单,而保持一个振幅和频率都恒定的振动速度却比较困难,所以振动速度χ(t)对角速度的检出起着关键作用。

下面就LY530AL中振动驱动
控制部分做一讨论。

检测质量块的位移方程为:
(2)
对式2求导可得振动速度方程:
(3)
图3, 驱动电路双闭环控制。

因此,维持了恒定的陀螺仪振幅χo,就能使振动的速度的χ(t)幅值χ0wd恒定。

再根据式1可知,只要保持振动速度χ(t)的幅值恒定就能使哥氏力加速度与输入角速率Ω成线性变化关系。

因此,检测质量块的振动频率和振幅直接决定
陀螺仪的检测精度。

检测质量块的驱动电路的主要功能是维持微机械陀螺振荡时恒定的幅值,即恒幅振荡。

在早期的微机械陀螺仪中,驱动电路采用开环控制的方式,由外部的振荡器来驱动内部质量块的振动,此时的振幅往往会随温度的变化而变化,导致了振幅的不可控性,从而影响了微机械陀螺仪的检测精度的一致性。

为此,后续的微机械陀螺仪中集成一个温度传感器,但是这样的解决方法非常受限,主要是因为振幅与温度变化之间的非线性,增加了校正的难度。

为解决上述问题,使驱动质量块做一个频率可控和幅度恒定的振动,
LY530AL中驱动电路采用了双闭环的结构,并且采取离散的自动增益控制方式,如图3所示。

在LY530AL的驱动微机械的结构中,制作两种梳状电极:静电力驱动电极和振动速度检测电极,两个电极独立工作。

静电力驱动电极用来产生静电力驱动检测质量块,控制内环通过该电极产生静电力驱动质量块进行恒频振动,但是只在内环的控制下,振幅是可以预知,但是不可控。

为此,在内环路中引入了一个可变增益放大器(VGA)。

振动速度检测电极测量质量块的峰值速度x(t)来获得振荡的幅度,经过跨阻放大器放大和PID校正后,控制可变增益放大器(VGA),从而达到控制振幅的目的。

并且为了后续的解调,锁相环(PLL)用来锁定跨阻放大器的输出端,产生一个用于解调的同步系统时钟CLKDEM。

图4,检测电路结构
由式1可知,所要检测的角速度ΩZ是调制在驱动质量块振动速度上的,因此在检测电路中需要采取与驱动电路同步的解调方式。

对于检测质量块在检测轴上的运动采用了全差分开环的架构,如图4所示。

齿状差分电容对产生的信号被电荷放大器放大后,和CLKDEM一起送入混合器中进行双边带抑制载波解调,然后经低通滤波器滤除高频信号,送入ADC或者直接输出,这样就得到了所要的角速度值。

实践证明,上述的驱动环路能够驱动质量块产生一个可控的振动频率和振幅,较好地解决了温度或者其它制作缺陷对检测振幅的影响,显著提高其检测精度。

在-40°C到85°C的温度范围内,LPR530AL的灵敏度控制在4%之内,零角速度输出只有5°/s。

并且具有较快的启动速度和较短自恢复时间。

三、微陀螺在汽车上的应用
微机械陀螺在汽车工艺上的应用包括:汽车的安全气囊、防撞系统、防滑系统等。

微机械陀螺仪用于测量汽车的旋转速度(转弯或者打滚),它与低加速度计一起构成主动控制系统。

所谓主动控制系统就是一旦发现汽车的状态异常,系统在车祸尚未发生时及时纠正这个异常状态或者正确应对个异常状态以阻止车祸的发生。

比如在转弯时,系统通过陀螺仪测量角速度就知道方向盘打得过多还是不够,主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的刹车以防止汽车脱离车道。

现在这种系统主要安装于高端汽车上。

目前在汽车MEMS市场,压力计和加速度计还是占较大份额,但是随着对汽车安全性能要求越来越高,尤其是在北美和欧洲稳定性主控系统的安装率节节攀升,陀螺仪的市场增长率明显比前两类要快,在2011年预期达到10%。

参考文献
[1] 陈宇翔,张卫平. MEMS 微陀螺仪的研究发展. 上海交通大学, 2010.
[2] 刘凯, 张卫平. 基于科氏加速度的微陀螺. 压电与声光, 2010 (6).
[3]蔡兆云,柯冠岩.MEMS陀螺仪研究与发展述评.2008。

相关文档
最新文档