MEMS陀螺仪传感器幻灯片.ppt

MEMS陀螺仪传感器
07测控一班
第二小组(11·····20)
许盼兮
MEMS简介
MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)的英文缩写。MEMS是美国的叫法,在日本被称为微机械,在欧洲被称为微系统,它是指可批量制作的,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、通信和电源等于一体的微型器件或系统。在微型传感器领域较为成熟的MEMS传感器有三种加速度计、压力传感器、陀螺仪
市场观察发展报告说,MEMS市场在2007年增长百分之九,达到60亿美元,其中前30名制造商的收入总和有56亿美元,平均增长7个百分点。预计今年MEMS市场将增长11 .1%,。
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%。
陀螺仪的原理
陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向,制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪的定向性使它能测量360度范围内的角度变化,通过信号处理我们可以获物体的姿态信息,这一点在飞行器姿态控制中很早就有应用!(视频1)
与传统的利用角动量守恒原理的陀螺仪相比,MEMS陀螺仪使用了不同的工作原理。传统的陀螺仪是一个不停转动的物体,其转轴的指向不随承载它的支架旋转而变化。要把这样一个不停转动的没有支撑的能旋转的物体用微机械技术在硅片衬底上加工出来,显然难上加难。
为此,MEMS陀螺仪在基于传统陀螺仪特性的基础上利用科里奥利力来实现了设备的小型化。什么是科里奥利力呢?科里奥利力(Coriolis force)也就时常说的哥里奥利力、科氏力,它是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述,其来自于物体运动所具有的惯性,由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力就是这样的代表,地转偏向力有助于解释一些地理现象,如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。在北半球,从南向北流的河流,河水冲刷东岸;从北向南流的河流,河水冲刷西岸
MEMS陀螺仪是科里奥利力的最常见应用,MEMS陀螺仪利用科里奥利力(旋转物体在径向运动时所受到的切向力),旋转中的陀螺仪可对各种形式的直线运动产生反映,通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制。为了产生这种力,MEMS陀螺仪通常安装有两个方向的可移动电容板,“径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动,横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化。”这样,MEMS陀螺仪内的“陀螺物体”在驱动下就会不停地来回做径向运动或震荡,从而模拟出科里奥利力不停地在横向来回变化的运动,并可在横向作与驱动力差90°的微小震荡。这种科里奥利力好比角速度,所以由电容的变化便可以计算出MEMS陀螺仪的角速度。
一般的MEMS陀螺仪由梳子结构的驱动部分
Mass 质量块Drive Direction驱动方向Sense Direction感应方向
电容板形状的传感部分组成