mems微陀螺技術(shù)綜述(已修改)
2025-05-08 08:51 本頁面
【正文】 MEMS陀螺技術(shù)研究綜述 MEMS陀螺儀研究背景 MEMS陀螺儀原理與器件 MEMS陀螺儀設(shè)計(jì)與制造 MEMS陀螺儀測試及應(yīng)用 小結(jié)及體會(huì) *MEMS陀螺儀研究歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 MEMS陀螺儀發(fā)展趨勢 MEMS陀螺儀基本概念 陀螺儀也稱角速率傳感器 ， 是用來測量物體旋轉(zhuǎn)快慢的傳感器 。 它在運(yùn)輸系統(tǒng) ， 例如 ，導(dǎo)航 、 剎車調(diào)節(jié)控制盒加速度測量等方面有很多應(yīng)用 。 按照制作原理及結(jié)構(gòu)可將其大致分為 機(jī)械式陀螺儀 、 光學(xué)陀螺儀 、 微機(jī)械陀螺儀 三類 [1]。 微機(jī)械陀螺儀是 高新技術(shù) 產(chǎn)物 ， 具有 體積小 、功耗低 多種優(yōu)勢 ， 在民用消費(fèi)領(lǐng)域和現(xiàn)代國防領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 [2] 。 各種原理的陀螺儀 微 機(jī) 械 陀 螺 儀(MEMS gyroscope)主要有 轉(zhuǎn)子式 、 振動(dòng)式微機(jī)械陀螺儀 和 微機(jī)械加速度計(jì)陀螺儀 三種 。 轉(zhuǎn)子式的 MEMS陀螺較為少見 ，振動(dòng)式和微加速度計(jì)式的微陀螺基本原理一致 ，都是利用 柯氏效應(yīng) 。 目前 ， MEMS陀螺儀基本都是振動(dòng)式的 [3]。 體積微小的微機(jī)械陀螺 微機(jī)械陀螺的研究始于 20世紀(jì) 80年代 ， 經(jīng)過幾十年的研究國外相關(guān)已經(jīng)比較成熟 ， 眾多科研單位及公司 如美國 Draper實(shí)驗(yàn)室 、 ADI公司 、 Berkeley大學(xué) ， 德國Daimler Benz公司 、 Bosch公司 ， 日本 Toyota公司 ， 以及土耳其 、 芬蘭 等 國家 [49]， 已有商業(yè)化產(chǎn)品 。 我國的 MEMS 技術(shù)研究工作起步較晚 ， 但正積極開展研究 ， 國家已經(jīng)投入巨資用于 MEMS陀螺技術(shù)的研究 。目前主要的科研單位有清華 、 北大 、 中科院上海微系統(tǒng)所 、 復(fù)旦大學(xué) 、 哈工大等多家單位 [1015] ， 經(jīng)過十多年的努力 ， 在基礎(chǔ)理論 、 加工技術(shù)和工程應(yīng)用等方面的研究已取得了明顯的進(jìn)步 。 但不可否認(rèn) ， 與國外差距仍然較大 ， 高性能微機(jī)械陀螺 少有商業(yè)化產(chǎn)品 。 德國 Bosch公司 諧振方向 諧振方向 柯氏力方向 加速度 傳感 器 質(zhì)量塊 電流回路 加速度傳感器鍵合 電流回路 加速度 傳感器 折疊彈性梁 芬蘭赫爾辛基工業(yè)大學(xué) 土耳其安卡拉中東科技大學(xué) 日本 Murata 美國 Michigan大學(xué) 單位 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 檢測機(jī)理 靈敏度 /分辨率 噪聲 /漂移 美國 Michigan大學(xué) 振動(dòng)環(huán)式 電容檢測 25Hz帶寬 下 分辨率 176。 /s 176。 /h 日本 Murata 獨(dú)立梁式 電容驅(qū)動(dòng) 電容檢測 25Hz帶寬 下 分辨率 ?/s / 土耳其安卡拉中東科技大學(xué) 電容驅(qū)動(dòng)3mm 3mm 電容檢測 真空 24mV/186。/s 大氣 100μV/186。/s / 芬蘭 赫爾辛基工業(yè)大學(xué) 框架式 角振動(dòng) 電容檢測 信噪比 德國 Bosch公司 雙質(zhì)量塊 電磁驅(qū)動(dòng) 電容檢測 18mV/176。 /s 量程為 100186。/s 國外微機(jī)械陀螺的特點(diǎn)與性能指標(biāo) [49] 151 / /h Hz?*北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)，中科院上海微系統(tǒng)所 研制的的微機(jī)械陀螺結(jié)構(gòu) [1015] 單位 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 檢測機(jī)理 靈敏度 噪聲 /漂移 北大 諧振式 電容檢測 22mv/176。 /s 清華 角振動(dòng) 電容檢測 176。 /s / 復(fù)旦 雙質(zhì)量塊 電容驅(qū)動(dòng) 壓阻檢測 電橋輸出176。 /s / 中科院 雙質(zhì)量塊 電磁驅(qū)動(dòng) 電容檢測 176。 /s 中北大學(xué) 諧振式 電容檢測 176。 /s 國內(nèi)微機(jī)械陀螺的特點(diǎn)與 性能指標(biāo) [1015] 72 / /h Hz?67 / /h Hz?從國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀來看，微機(jī)械陀螺的特點(diǎn)總結(jié)如下： 機(jī)械結(jié)構(gòu)：圓環(huán)、獨(dú)立梁、框架、雙質(zhì)量塊 驅(qū)動(dòng)方式：電容驅(qū)動(dòng)的多 檢測方式：電容檢測的多 使用的材料：都是 Si基，靈敏度 mV級 許多市場調(diào)查包括 SRI， NEXUS，System Planning公司 ， SEMI等一致認(rèn)為 mems 陀螺儀 市場將每年以15%~25%的年增長率增長 。 現(xiàn)代工業(yè)控制 、
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