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微機械MEMS陀螺儀原理和幾大公司的基本工藝流程

微機械MEMS陀螺儀原理:

目前,MEMS陀螺儀主要以振動式為主,振動式陀螺儀主要由支撐框架、諧振質量塊,以及激勵和檢測單元幾個部分構成。驅動與檢測方式以靜電驅動、電容檢測最為常見。檢測原理是利用柯氏效應(Coriolis)把各軸的角速率轉換成諧振質量塊的位移,從而引起檢測電容的變化,通過電容變化量可以換算出角速率或者角加速度。

以一個單軸MEMS陀螺儀為例,探討最簡單的工作原理(圖4)。兩個正在運動的質量塊向相反方向做連續運動,如藍色箭頭所示。只要施加一個平行于紙平面的角速率,如紅色箭頭所示,就會產生一個與質量塊運動方向垂直的柯里奧利力,如黃色箭頭所示。產生的柯里奧利力使質量塊發生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。這個位移將會在質量塊的梳齒電極和固定電極之間引起電容變化,因此,在MEMS陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉化成一個專用電路可以檢測的電參量。

微機械MEMS陀螺儀原理和幾大公司的基本工藝流程

圖4MEMS振動式陀螺儀原理

分析和評價陀螺的性能,需要制定一系列的衡量準則,為其應用提供一定的參考依據。總體而言,表征陀螺性能的主要指標有:標度因數穩定性、漂移穩定性、隨機游走、量程和成本等等。

三、主流MEMS陀螺儀廠商工藝:

3.1ADI iMEMS制造工藝:

美國ADI公司的MEMS慣性傳感器性能達到軍用戰術級別,其著名的iMEMS工藝是MEMS 和標準IC工藝實現單片混合集成的成功典范,制造有ADXL系列加速度計、ADXRS系列陀螺儀等產品。如圖5所示,是ADI的ADXRS150陀螺儀。

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