「松下(panasonic)ewts82陀螺仪」技术报告

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1、「松下(Panasonic)EWTS82陀螺儀」技術報告傳統陀螺儀利用音叉運動，擷取角速度的原理，如圖1所示，假設在定速旋轉的參考平面上，放置一個音叉(TuningFork)，當音叉被敲動後，其兩支音叉會沿著徑向(Radial)方向運動，產生彼此接近或疏遠的現象。當兩支音叉彼此接近時，都會受到科氏力(CoriolisForce)的作用。圖1　利用音叉在固定角速率旋轉平面上的運動來解釋音叉陀螺儀原理假設音叉的質量為m，離參考旋轉平面(ReferenceRotatingFrame)中心點的距離為r。此時沿徑向的速度為：，切線速度與角速度Ω的關係為：此時音叉所具有的轉動動量，如下式所示：作

2、用在音叉的力矩為，因為力矩等於轉動慣量的時變率，所以。當載具為等角速率運動時(一般應用皆滿足此條件)：則：。所以由上式可知，科氏力與音叉距參考旋轉平面中心的距離無關，只與音叉質量、徑向瞬時速率Vrad，和載具的角速度Ω有關。在一般應用上，徑向運動是屬於簡諧運動(SimpleHarmonicMotion)，例如音叉的振動，所以Vrad(t)＝k．sin(2πft)，其中k為常數，f為諧振頻率。因而可導出下方公式：因此柯氏力相當於角速率Ω(t)，來調變載波sin(2πft)。傳統陀螺儀是利用壓電材料，來製作音叉。其工作原理是：壓電材料輸入適當的驅動電氣訊號(Vrad(t))時，壓電材質會

3、產生形變，而在徑向產生簡諧運動sin(2πft)。兩個互為反方向的科氏力，作用於參考平面(此時為壓電材質的基座)，而產生形變，進而導致電壓的變化。將擷取到的電壓變化資訊，經由解調變(去除sin(2ftπ))之後，得到正比於角速率的訊號，便能獲得角速度變化的訊號。 圖2為松下(Panasonic)EWTS82陀螺儀外觀圖，其利用音叉所產生的科氏力，來偵測角速率fw的變化。感測器內含音叉、音叉驅動電路，和訊號處理電路(如圖3)。當載具有角速率運動時，感測器音叉，會被兩個互為反方向的科氏力作用而扭曲，產生圖4的波形。此一訊號波形等效於角速率fw來調變振幅(AM調變)，而載波的頻率為驅動頻率

4、fd。利用同步偵測，並以fd為基底，即可解出角速率fw的資訊(圖4)。圖2　PanasonicEWTS82陀螺儀外觀圖圖3　松下陀螺儀(PanasonicEWTS82)的訊號處理電路方塊圖圖4　角速率資訊的調變和解調變短評：本文是松下陀螺儀(PanasonicEWTS82)等效電路模型及工作原理，其特點是：1.此種陀螺儀感測器是屬於自主性元件，不須依靠外部輔助資訊。可以利用微機電的製程，加以製作。2.一般陀螺儀整合的技術很多，所以進入的門檻也很高，本國中小企業廠商，非常難切入這個領域。這種音叉式陀螺儀的結構較簡單，而目前台積電有幫ADI公司，進行微機電及CMOS製程代工，並交給中壢工

5、業區的精材科技，進行蝕刻。最後交給京元電子，進行構裝與測試。所以如果能有大廠的經費贊助，加上了解這項技術，提出一些專利，那麼這種陀螺儀，就很容易在國內生產、製造、深根茁壯，而關鍵零組件不受國外管制，成本能夠降低，才能帶動機器人的產業。3.微機電加速儀及陀螺儀擁有體積小、重量輕、可大量製造，感測靈敏度高，與低功率消耗等優點。將來自走式的工業機器人，會有許多的應用，如進行室內的導航，與姿態的判別，是政府應獎勵投資的重點項目。