1. panoramica
Un giroscopio MEMS è un sensore di velocità angolare compatto fabbricato con una tecnologia avanzata di sistema micro-elettro-meccanico (MEMS).È appositamente progettato per misurare la velocità di rotazione e la direzione di rotazione degli oggettiCome dispositivo di rilevamento inerziale di base, è ampiamente utilizzato in elettronica di consumo, sistemi automobilistici, automazione industriale, droni e attrezzature aerospaziali.Rispetto ai tradizionali giroscopi meccanici e ottici ingombrantiI giroscopi MEMS sono dotati di piccole dimensioni, basso consumo energetico, basso costo e risposta rapida, rendendoli il più popolare sensore di rotazione inerziale per i dispositivi intelligenti moderni.
2Cos' è la tecnologia MEMS?
MEMS è l'acronimo di Micro-Electro-Mechanical System, una tecnologia di micro-elaborazione matura che incide strutture meccaniche e sistemi di circuito ultra-piccoli su wafer di silicio semiconduttori.Tutte le parti mobili meccaniche e i circuiti di rilevamento sono integrati su un minuscolo chip a livello micronicoQuesta tecnologia rompe completamente il limite di dimensioni dei sensori tradizionali, consentendo la produzione di massa e ampie applicazioni civili e industriali di dispositivi di rilevamento ad alta precisione.
3Cos' e'la forza di Coriolis?
Il principio fondamentale di funzionamento di tutti i giroscopi MEMS si basa sulla forza di Coriolis, una forza inerziale comune nel movimento di rotazione.quando un oggetto si muove in linea retta all'interno di un sistema rotanteUn esempio tipico della vita può aiutarci a capire facilmente questo principio:quando un elicottero vola costantemente nell'ariaQuesto perché l'aereo in volo è ancora limitato dalla gravità terrestre e ruota sempre in sincronia con la Terra,che riflette pienamente la correlazione inerziale tra movimento lineare e movimento di rotazioneLa grandezza della forza di Coriolis è direttamente correlata alla velocità di movimento lineare e alla velocità angolare di rotazione dell'oggetto,che fornisce una base fisica stabile per i giroscopi MEMS per misurare con precisione la rotazione.
4Principio di funzionamento del giroscopio MEMS
Costruiti sull'effetto Coriolis, i giroscopi MEMS realizzano la misurazione della velocità angolare attraverso un sistema di vibrazione micro-meccanico completo e stabile.c' è un piccolo blocco di massa vibrante guidato da micro elettrodi pettineDurante il normale funzionamento, il blocco di massa mantiene le vibrazioni di ricambio ad alta frequenza in una direzione fissa a una frequenza di risonanza stabile.il blocco di massa vibrante genererà una forza di Coriolis verticaleIl grado di spostamento è strettamente proporzionale alla velocità angolare di rotazione in tempo reale.
La struttura di rilevamento della capacità ad alta sensibilità integrata del chip può catturare con precisione questo micro spostamento e convertire il cambiamento meccanico in un segnale elettrico standard.Dopo amplificazione, filtraggio e elaborazione algoritmica da parte del circuito interno, il segnale viene infine calcolato in dati e uscite di velocità angolare accurate.La maggior parte dei moderni chip giroscopici MEMS adottano un design di vibrazione inversa a doppia massaI due blocchi di massa vibrano in direzioni opposte alla stessa frequenza, che può effettivamente compensare le interferenze ambientali e migliorare la stabilità di misura.Con il continuo miglioramento della tecnologia MEMS, i chip di rilevamento tradizionali possono integrare giroscopi a 3 assi, accelerometri a 3 assi e persino magnetometri su un chip ultra-piccolo, realizzando rilevamento inerziale multidimensionale a piena attitudine.
5Vantaggi principali e scenari di applicazione
I giroscopi MEMS, che beneficiano di una tecnologia avanzata di integrazione microelettromeccanica, presentano vantaggi completi insostituibili.Sono di dimensioni estremamente ridotte e facilmente inseriti in vari dispositivi intelligenti compatti. Sostenuti da processi di produzione di lotti maturi, hanno bassi costi di produzione e eccellente consistenza. Con basso consumo di energia, sono molto adatti per dispositivi portatili alimentati a batteria.Inoltre, hanno una risposta dinamica rapida e possono catturare in modo efficiente i cambiamenti di rotazione in tempo reale, soddisfacendo varie esigenze di misurazione ad alta dinamica.
Sulla base dei punti di forza di cui sopra, i giroscopi MEMS hanno raggiunto una copertura completa degli scenari.sensori di movimento e controllo gestuale per smartphone e dispositivi indossabiliNel settore automobilistico, essi assistono il controllo della stabilità dei veicoli e la navigazione intelligente.forniscono dati precisi di posizione e rotazione per robot intelligenti e apparecchiature automatizzateIn settori di alto livello come i droni e l'aerospaziale, garantiscono un controllo stabile dell'atteggiamento e una precisa navigazione inerziale dei vettori.diventando una componente fondamentale indispensabile dei moderni sistemi di rilevamento intelligenti.
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