MEMS陀螺仪与加速度传感器.ppt

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1、MEMS陀螺仪与加速度传感器加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。MEMS陀螺仪与加速度传感器高速旋转的刚体称为陀螺用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。陀螺仪加速度计？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？陀螺仪与加速度

2、传感器陀螺仪与加速度传感器MEMS是微机电系统的缩写。MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS虽然都是实现同种功能、MEMS陀螺仪有着体积小，耗能低、最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微

3、小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。MEMS陀螺仪多数采用一种调音叉结构。这种结构由两个振动并不断地做反向运动的物体组成，如图2所示。当施加角速率时，每个物体上的科里奥效应产生相反方向的力，从而引起电容变化。电容差值与角速率成正比，如果是模拟陀螺仪，电容差值转换成电压输出信号；如果是数字陀螺仪，则转换成最低有效位。如果在两个物体上施加线性加速度，这两个物体则向同一方

4、向运动。因此，不会检测到电容变化。MEMS陀螺仪传感器基本原理MEMS陀螺仪利用科里奥利力旋转，物体在有径向运动时所受的切向力，右面是导出科里奥利力的方法科里奥利效应:(地转偏向力)如果一个物体是静止的，或者相对于某一固定点作恒速运动，那么，在这个物体上运动是不会出现什么问题的。如果你想从物体一端的A点沿着一条直线走到另一端的B点，你在走的过程中不会感到有任何困难。但是，如果一个物体的不同部分以不同的速度运动，那么，情况就大不一样了，假定有一个旋转游戏台或者任何一个绕其中心旋转的平台。整个平台的整体在旋转，但在中心附近的一点画出一个小圈，因而在缓慢地运动，而靠近外缘的一点则画出一个

5、大圈，因而在快速地运动。科里奥利效应：假定你站在中心附近的那个点上，想要直接从中心出发的一条直线上走向靠近外缘的那个点。在中心附近的出发点上，你取得了该点的速度，缓慢地运动。但是，当你向外走时，惯性效应使你保持缓慢运动，不过，当你越往外走的时候，你脚下的台面转动得越快：你本身的慢速和台面的快速的结合，使你觉得你在被推向与旋转运动相反的那个方向去。如果旋转游戏台是在反时针方向转动，你就会发现，当你向外走时，你的路线越来越明显地顺时针方向弯曲。如果你从靠近外缘的一点出发向内行进，你就会保持着出发点的快速运动，但你脚下的台面运动得越来越慢。因此，你会觉得你在旋转方向上被越推越远。如果旋转

6、游戏台是逆时针方向运动，那么，你的路线会再次越来越明显地顺时针方向弯曲。MEMS加速度传感器基本原理质量块运动方程无阻尼固有频率拉氏变换得传递函数的幅值和相位分别为阻尼比品质因子传递函数幅值由图可见，为提高灵敏度，需要降低固有频率。降低固有频率有两个方案：降低刚度或增大质量。MEMS加速度传感器基本原理在单位阶跃加速度作用下的响应为由图可见，对于开环加速度传感器，为提高响应速度，传感器应该具有较大的阻尼比（即小品质因子）。若采用力反馈控制，由于相对位移基本被控制在零位，可以采用小阻尼或大品质因子。其中技术成熟的MEMS加速度计分为三种压电式容感式热感式压电式压电式MEMS加速度计运

7、用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。由于压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS加速度计只能感应到“动态”加速度，而不能感应到“静态”加速度，也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应“动态”加速度，又能感应“静态”加速度。压电式容感式容感式MEMS加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移