Trong lĩnh vực định vị quán tính, Fiber Optic Gyroscopes (FOG) và Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) gyroscopes là hai công nghệ cốt lõi.Đầu tiên thống trị thị trường cao cấp với độ chính xác cực cao, trong khi thứ hai thâm nhập các kịch bản hàng ngày với kích thước nhỏ gọn và chi phí thấp.chúng tạo thành một mô hình bổ sung dựa trên sự khác biệt trong các nguyên tắc của họ, hỗ trợ chung nhu cầu cảm biến quán tính từ thiết bị điện tử tiêu dùng đến hàng không vũ trụ.
Sự khác biệt về nguyên tắc: Sự khác biệt cơ bản giữa can thiệp quang học và cảm biến rung động vi mô
Sự khác biệt cốt lõi giữa hai kính quay xuất phát từ các nguyên tắc vật lý của chúng. FOG dựa trên hiệu ứng Sagnac: một nguồn ánh sáng duy nhất được chia thành hai chùm,phát triển theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ dọc theo một cuộn dây sợi quang từ hàng trăm mét đến vài kmKhi máy mang quay, một sự khác biệt đường quang được tạo ra giữa hai chùm và vận tốc góc có thể được tính bằng cách thay đổi các biên nhiễu.Toàn bộ hệ thống không có các bộ phận cơ học chuyển động và chủ yếu dựa trên thiết kế quang học chính xác.
Mặt khác, các máy quay MEMS dựa vào hiệu ứng Coriolis. Các cấu trúc vi mô như nĩa điều chỉnh hoặc vòng cộng hưởng được khắc trên một tấm phiến silicon và được thúc đẩy rung động thông qua lực điện tĩnh.Các rung động thẳng đứng được tạo ra trong quá trình quay có thể được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua thay đổi dung lượng để đoSản xuất của nó tương thích với các quy trình mạch tích hợp, cho phép tích hợp cấp chip, đó là chìa khóa cho thu nhỏ.
Trò chơi hiệu suất: Sự đánh đổi giữa độ chính xác và hiệu quả chi phí
So sánh các thông số hiệu suất làm nổi bật sự khác biệt trong vị trí của chúng.các mô hình trung bình đến cao có thể đạt được sự ổn định thiên vị nhỏ hơn 0.001°/h, duy trì định vị chính xác cao trong thời gian dài mà không có tín hiệu vệ tinh.Mặc dù các sản phẩm chiến thuật đã đạt được một bước đột phá.05°/h, chúng bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ và rung động và yêu cầu bù toán thuật toán.
MEMS vượt trội về hiệu quả chi phí: với kích thước ở cấp độ milimet, tiêu thụ năng lượng ở cấp độ miliwatt, và chi phí đơn vị đơn lẻ chỉ thấp vài đô la Mỹ,Nó phù hợp với sản xuất hàng loạt cấp độ 100 triệuTuy nhiên, FOG đòi hỏi các sợi quang đặc biệt và các thành phần quang học, dẫn đến chi phí dao động từ hàng trăm đến hàng ngàn đô la Mỹ.và tiêu thụ năng lượng của nó là cao như 100 miliwatt để 1 wattTuy nhiên, trong môi trường khắc nghiệt, cấu trúc trạng thái rắn hoàn toàn của FOG mà không bị mòn cơ học là đáng tin cậy hơn và có khả năng chống sốc và rung tốt hơn.
Chuyển đổi kịch bản: Sự phân chia lao động giữa nhu cầu cao cấp và phổ biến hàng loạt
Điện tử ô tô là một lĩnh vực ứng dụng điển hình cho MEMS. Trong hệ thống ESP của xe hơi hiện đại, máy quay MEMS trong thời gian thực phát hiện tốc độ nghiêng của thân xe.Động tác phanh được bắt đầu ngay lập tức để ổn định xe, và nó đã trở thành một cấu hình tiêu chuẩn trong các mô hình trung bình đến cao cấp.Các kịch bản như quay màn hình điện thoại di động và UAV lơ lửng cũng dựa trên lợi thế chi phí của nó để thực hiện thực hiện chức năng.
FOG, mặt khác, thống trị lĩnh vực chính xác cao.và sự ổn định cao của FOG làm cho nó một thành phần cốt lõiTrong khai thác giếng dầu, khả năng chống nhiệt độ cao và áp suất cao của nó có thể theo dõi chính xác quỹ đạo khoan.đảm bảo độ chính xác của các điểm trong môi trường điện từ phức tạp.
Có sự chồng chéo trên thị trường trung cấp: đối với UAV hàng hải Quảng Châu trong tuần tra mưa và sương mù, MEMS cấp chiến thuật có thể cân bằng chi phí và độ chính xác;nếu cần điều hướng lâu dài mà không cần tín hiệu vệ tinhSự lựa chọn phụ thuộc vào các ưu tiên MEMS cho độ nhạy chi phí và FOG cho các yêu cầu độ chính xác.
Xu hướng trong tương lai: Tiến bộ bổ sung lẫn nhau
Sự lặp lại công nghệ đang làm mờ ranh giới giữa hai: Độ chính xác MEMS tiếp tục được cải thiện thông qua sửa đổi vật liệu và tối ưu hóa thuật toán.Thiết bị OCS của Google đã áp dụng các thành phần micro-mirror của nó, và khối lượng xuất khẩu của nó dự kiến sẽ đạt 300.000 đơn vị vào năm 2030. FOG, trong khi đó, đang đạt được những bước đột phá trong thu nhỏ, với các mô hình cấp quân sự đã được điều chỉnh cho các thiết bị cầm tay.
Về lâu dài, cả hai sẽ tiếp tục bổ sung nhau: MEMS sẽ làm sâu sắc hơn sự thâm nhập của nó trong điện tử tiêu dùng, Internet of Things và các lĩnh vực khác;Vị trí của FOG trong các kịch bản cao cấp như hàng không vũ trụ và hàng hải chiến lược vẫn không bị lật đổHướng đổi mới trong tương lai có thể nằm trong việc ứng dụng tích hợp cả hai với định vị vệ tinh, tìm kiếm sự cân bằng tốt hơn giữa độ chính xác và chi phí.
