微机械陀螺仪微机械陀螺仪.ppt

微机械陀螺仪 微机电系统（MEMS） 概念 微电子机械系统(Micro．Electro—Mechanical Systems，简称MEMS)是微纳 米技术研究的一个重要方向，是继微电子技术以后在微尺度研究领域中的又一次 革命。MEMS是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成为一 体，形成同时具有“传感一计算(控制)—-执行”功能的智能微型装置或系统。 MEMS技术融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术，在微米量级内设计和制造微传感器、微执行器，并将它们与微电子线路、信号处理单元、微电源、通讯，接口单元等高密度集成于一体，具有一种或几种独立功能的、适于低成本大量生产的微系统。 题外话 导弹的射击精度由惯导系统(INs)的精度来决定，而惯导系统的精度、成本主要决定于惯性仪表(陀螺仪和加速度计)的精度和成本，尤其是陀螺仪的漂移对惯导系统位置误差增长的影响是时间的三次方函数。但制造高精度陀螺仪不但技术难，而且成本高。因此惯性界一直寻求各种有效方法来提高陀螺仪的精度，降低惯导系统的成本。 比较 陕西瑞特测控技术有限公司 单轴光纤陀螺仪 测量范围：±750deg/sec 尺寸：Ф70x28mm 功耗：6W 重量：220g 厂家：日本SILICON SENSING SYSTEMS CRM100高精度单轴陀螺仪 尺寸：5.70×4.78×1.18mm 功耗：4mw 测量范围:±75o/s, ±150o/s, ±300o/s 和±900o/s (最大可以达到1000o/s,用户根据要求自行调配) 应用领域：?汽车车载导航?精密车辆和个人导航辅助 ?车辆的偏航，俯仰和滚转率传感?运动跟踪?精准农业?天线稳定?工业机器人 区别 陀螺仪特性 两个基本特性：一为定轴性（inertia or rigidity），另一是逆动性（precession），这两种特性都是建立在角动量守恒的原则下。 定轴性 当陀螺转子以极高速度旋转时，就产生了惯性，这惯性使得陀螺转子的旋转轴保持在空间，指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量，这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或惯性。 逆动性 在运转中的陀螺仪，如果外界施一作用或力矩在转子旋转轴上，则旋转轴并不沿施力方向运动，而是顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动，此现象即是逆动性。 逆动性的大小也有三个影响的因素： 外界作用力愈大，其逆动性也愈大； 转子的转动惯量（moment of inertia）愈大，逆动性愈小； 转子的角速度愈大，逆动性愈小。 而逆动方向可根据逆动性原理取决于施力方向及转子旋转方向。 比较 所有研究开发的硅微机械陀螺仪都是利用振动质量块在柱物体带动旋转时产生的哥氏效应来测量物体旋转的角速度。硅微机械陀螺仪的结构形式要包括两部分．驱动部分和敏感部分。目前，硅微机械陀螺仪常采用的驱动方式有静电驱动、电磁驱动等，检测方式般为电容检测、电磁检测以及压电检测。 哥氏加速度足研究微机械陀螺的基础，当绕驱动轴作高频振动的微机械陀螺敏感角速度时，其检测质量块内各质点的哥氏加速度会对输出轴形成哥氏力或哥氏惯性力矩．这种哥氏惯性力矩即为陀螺力矩。陀螺力矩的方向与哥氏加速度的方向相反，它作用于支承检测质量块的框架上。由于哥氏加速度和陀螺力矩的存在，在理想情况下，微机械陀螺仪的输出信号将正比于敏感轴输入信号，这就是微机械陀螺敏感角速度的基本原理。 案例 工艺 硅微机械振动陀螺仪的材料为硅，硅具有优良的机械性能和极好的电子学方面的特性。 目前微机械加工技术的主要技术途径有三种：一是以美国为代表的、以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；二是以德国为代表发展起来的LIGA(Lithografie Galvanoformung Abformung)技术；三是以日本为代表发展的精密机械加工技术。 其中硅基微加工技术，又包括体硅微制造(Bulk Micromaching)、表面微加工(Surface Micromaching)。 LIGA是德文Lithografle，Galvanofomung，Abformun93个词，即光刻、电铸及进塑的缩写。 LIGA技术是种基于x射线光刻技术的三维微结构加工技术，主要包括x光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制3个工艺步骤，与其它立体微加工技术相比．LIGA工艺具有如下特点： (1)能制造大范围MEMS部件如齿轮、马达和线性执行机构等，这些三维立体微结构的高度可选数百至100微米。深宽比大于200，侧壁平行线偏离在亚微米范围内，此外还具有很高的垂直度和重复精度： (2)对微结构的横向形状没柏限制，横向尺寸可小到0 5微米，加工精度可达0.1微米； (3)用材广泛，小受材料特性和结晶乃向的限制，不仅可以制造砩结构，还可咀制造由稃种金