解析MEMS陀螺儀的驅動和傳感及工作原理
發布時間:2019-03-12 責任編輯:lina
【導讀】傳統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動的物體,它的轉軸指向不隨承載它的支架的旋轉而變化。
傳統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動的物體,它的轉軸指向不隨承載它的支架的旋轉而變化。
但是MEMS陀螺儀(gyroscope)的工作原理不是這樣的,因為要用微機械技術在矽片襯底上加工出一個可轉動的結構可不是一件容易的事。MEMS陀螺儀利用科裏奧利力——旋轉物體在有徑向運動時所受到的切向力。下麵是導出科裏奧利力的方法。有力學知識的讀者應該不難理解。
在空間設立動態坐標係(圖一)。用以下方程計算加速度可以得到三項,分別來自徑向加速、科裏奧利加速度和向心加速度。

圖一、動態坐標係

如果物體在圓盤上沒有徑向運動,科裏奧利力就不會產生。因此,在MEMS陀tuo螺luo儀yi的de設she計ji上shang,這zhe個ge物wu體ti被bei驅qu動dong,不bu停ting地di來lai回hui做zuo徑jing向xiang運yun動dong或huo者zhe震zhen蕩dang,與yu此ci對dui應ying的de科ke裏li奧ao利li力li就jiu是shi不bu停ting地di在zai橫heng向xiang來lai回hui變bian化hua,並bing有you可ke能neng使shi物wu體ti在zai橫heng向xiang作zuo微wei小xiao震zhen蕩dang,相xiang位wei正zheng好hao與yu驅qu動dong力li差cha90度。(圖二)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運動(有點象加速度計中的自測試模式),橫向的電容板測量由於橫向科裏奧利運動帶來的電容變化(就象加速度計測量加速度)。因為科裏奧利力正比於角速度,所以由電容的變化可以計算出角速度。

圖二、MEMS陀螺儀的驅動和傳感
圖三是Z軸MEMS陀螺儀。它采用了閉合回路、數字輸出和傳感器芯片跟ASIC芯片分開平放連線的封裝方法。

圖三、BOSCH SMG 070原理圖
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