1. Tổng quan
Máy gyroscope MEMS là một cảm biến tốc độ góc nhỏ gọn được sản xuất với công nghệ hệ thống vi điện cơ học tiên tiến (MEMS).Nó được thiết kế đặc biệt để đo tốc độ quay và hướng quay của các vật thểLà một thiết bị cảm biến quán tính cốt lõi, nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, hệ thống ô tô, tự động hóa công nghiệp, máy bay không người lái và thiết bị không gian.So với các máy quay cơ học và quang học cồng kềnh truyền thống, Máy quay MEMS có kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí thấp và phản ứng nhanh, làm cho chúng trở thành cảm biến quay quán tính phổ biến nhất cho các thiết bị thông minh hiện đại.
2Công nghệ MEMS là gì?
MEMS là viết tắt của Micro-Electro-Mechanical System. Nó là một công nghệ vi xử lý trưởng thành khắc cấu trúc cơ học cực nhỏ và hệ thống mạch trên các tấm silicon bán dẫn.Tất cả các bộ phận cơ học chuyển động và mạch cảm biến được tích hợp trên một con chip nhỏ ở mức micronCông nghệ này hoàn toàn phá vỡ giới hạn kích thước của các cảm biến truyền thống, cho phép sản xuất hàng loạt và các ứng dụng dân sự và công nghiệp rộng lớn của các thiết bị cảm biến chính xác cao.
3Lực Coriolis là gì?
Nguyên tắc hoạt động cốt lõi của tất cả các máy quay MEMS dựa trên lực Coriolis, một lực quán tính phổ biến trong chuyển động xoay.khi một vật di chuyển theo đường thẳng bên trong một hệ thống xoayMột ví dụ điển hình trong cuộc sống có thể giúp chúng ta dễ dàng hiểu nguyên tắc này:khi một máy bay trực thăng lơ lửng ổn định trong không khíĐiều này là do máy bay lơ lửng vẫn bị hạn chế bởi trọng lực Trái đất và luôn quay đồng bộ với Trái đất,phản ánh đầy đủ mối tương quan quán tính giữa chuyển động tuyến tính và chuyển động xoayĐộ lớn của lực Coriolis có liên quan trực tiếp đến tốc độ chuyển động tuyến tính và vận tốc góc quay của vật thể,cung cấp một cơ sở vật lý ổn định cho các máy quay MEMS để đo lường xoay chính xác.
4Nguyên tắc hoạt động của MEMS Gyroscope
Được xây dựng trên hiệu ứng Coriolis, các kính quay MEMS thực hiện phép đo vận tốc góc thông qua một hệ thống rung động vi cơ hoàn chỉnh và ổn định.có một khối khối nhỏ rung động được điều khiển bởi các điện cực micro combTrong quá trình hoạt động bình thường, khối khối giữ rung động tần số cao theo hướng cố định ở tần số cộng hưởng ổn định.khối khối lượng rung sẽ tạo ra một lực Coriolis dọc, đẩy khối khối lượng để tạo ra sự dịch chuyển dọc nhỏ.
Cấu trúc cảm biến điện dung nhạy cao của chip có thể bắt được sự dịch chuyển vi mô này một cách chính xác và chuyển đổi sự thay đổi cơ học thành tín hiệu điện tiêu chuẩn.Sau khi tăng cường, lọc và xử lý thuật toán bởi mạch nội bộ, tín hiệu cuối cùng được tính toán thành dữ liệu tốc độ góc chính xác và đầu ra.Hầu hết các chip gyro MEMS hiện đại áp dụng thiết kế rung ngược hai khối lượngHai khối khối dao động theo hướng ngược lại với cùng tần số, có thể bù đắp hiệu quả sự can thiệp của môi trường và cải thiện sự ổn định đo lường.Với sự nâng cấp liên tục của công nghệ MEMS, chip cảm biến truyền thống có thể tích hợp các kính quay 3 trục, máy đo tốc độ 3 trục và thậm chí cả máy đo từ trên một chip cực nhỏ, nhận ra cảm biến quán tính toàn chiều đa chiều.
5Ưu điểm chính và kịch bản ứng dụng
Được hưởng lợi từ công nghệ tích hợp vi điện cơ học tiên tiến, các kính quay MEMS có những lợi thế toàn diện không thể thay thế.Chúng có kích thước cực kỳ nhỏ và dễ dàng được nhúng vào các thiết bị thông minh nhỏ gọn khác nhau. Được hỗ trợ bởi các quy trình sản xuất hàng loạt trưởng thành, chúng có chi phí sản xuất thấp và tính nhất quán tuyệt vời. Với mức tiêu thụ năng lượng thấp, chúng rất phù hợp với các thiết bị di động chạy bằng pin.Ngoài ra, chúng có phản ứng năng động nhanh và có thể nắm bắt hiệu quả các thay đổi xoay trong thời gian thực, đáp ứng các nhu cầu đo lường năng động cao khác nhau.
Dựa trên những điểm mạnh trên, các kính quay MEMS đã đạt được phạm vi phủ sóng toàn cảnh.cảm biến chuyển động và điều khiển cử chỉ cho điện thoại thông minh và thiết bị đeoTrong ngành công nghiệp ô tô, chúng hỗ trợ kiểm soát ổn định xe và điều hướng thông minh.chúng cung cấp dữ liệu chính xác về tư thế và xoay cho robot thông minh và thiết bị tự độngTrong các lĩnh vực cao cấp như máy bay không người lái và hàng không vũ trụ, chúng đảm bảo kiểm soát thái độ ổn định và điều hướng quán tính chính xác của tàu sân bay,trở thành một thành phần cốt lõi không thể thiếu của các hệ thống cảm biến thông minh hiện đại.
