微机械陀螺简述,微惯性技术

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2024-微机械陀螺简述,微惯性技术

目前，微机械陀螺根本都是振动式的，因此本文将着重对这类陀螺进行介绍。振动式微机械陀螺主要由支撑框架、谐振质量块，以及鼓励和测量单元几个局部构成。
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1.2 微机械陀螺特点
MEMS陀螺仪是利用 coriolis 定理，将旋转物体的角速度转换成和角速度成正比的直流电压信号，其核心部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蚀技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的，它主要特点是
振动平板结构振动梁结构振动音叉结构加速度计振动结构
振动平板结构振动梁结构振动音叉结构
按加工方式
体微机械加工表征微机械加工 LIGA(光刻、电铸和注塑)
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1.3 微机械陀螺分类
按驱动方式
压电式静电式电磁式
微
机
按检测方式
压电检测电容检测
械陀
压阻式检测
螺
光学检测
分
隧道效应检测
类闭环模式
4. 测量范围大，一些MEMS 陀螺仪测量范围可高达数千°/s
缺点：目前，各种微机械陀螺的角速度测量精度相对较低，
漂移较大。
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1.3 微机械陀螺分类
按振动结构
微
机
械
陀
螺
分
按材料
类
旋转振动结构线性振动结构
硅材料非硅材料
振动盘结构陀螺旋转盘结构陀螺
正交线振动结构非正交线振动结构
单晶硅多晶硅石英其它
速率陀螺
按工作模式
开环模式
速率积分陀螺
整角模式
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2、微机械陀螺根本原理
振动式微机械陀螺根本原理柯氏加速度及柯氏力
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2.1 振动式微机械陀螺根本原理

现代陀螺技术的发展及应用分析论文

现代陀螺技术的发展及应用分析论文现代陀螺技术的发展及应用分析论文1 现代陀螺技术1.1 有悬浮支承的机电转子陀螺技术。

机电转子陀螺是基于经典力学原理制成的陀螺仪。

其原理是利用绕对称轴高速旋转的刚体具有稳定性和进动性的特性来实现对角速度和角偏差的测量。

采用悬浮支撑技术的转子陀螺发展至今已十分成熟，目前单轴液浮陀螺精度已达0.001°/h，采用铍材料浮子后可优于0.0005°/h，三浮陀螺的精度优于1.5×10-5°/h，有报道称第四代三浮陀螺的精度甚至可达1.5×10-7°/h。

动力调谐陀螺技术体积小、重量轻，是转子陀螺技术上的重大革新，国外产品精度可达0.001°/h。

而采用真空静电悬浮技术的静电陀螺，其转子不存在接触摩擦，摩擦干扰力矩几乎趋近于零，是目前公认的精度最高的转子陀螺，典型精度一般在10-4～10-5°/h。

1.2 光学陀螺技术。

1) 激光陀螺技术。

激光陀螺是基于萨格纳克(Sagnac)效应制成的陀螺。

其原理是通过测量两束光波沿着同一个圆周路径反向而行产生的光程差来实现对角速度测量。

1963 年，美国Sperry 公司首次成功研制出环形激光陀螺。

1975 年，Honeywell 公司研制出机械抖动偏频激光陀螺，采用激光陀螺技术的捷联惯性导航系统真正进入了实用阶段。

20 世纪90 年代末期，Litton 公司又研制出了无机械抖动的四频差动激光陀螺，精度可达0.001°/h。

目前Honeywell公司最新型的GG1389 激光陀螺精度已达0.00015°/h。

2)光纤陀螺技术。

光纤陀螺与激光陀螺原理相同，不同之处是用光纤作为激光回路，可看作是第二代激光陀螺。

由于光纤可以绕制，因此光纤陀螺的激光回路长度比环形激光陀螺大大增加，检测灵敏度和分辨率比激光陀螺也提高了几个数量级，有效克服了激光陀螺的闭锁问题。

微机械陀螺仪概述和发展

微机械陀螺仪概述和发展目前陀螺仪在国内外依然处于比较热门的领域，各国都投入了大量财力物力。

国外已经开始致力于高精度的陀螺仪的研究，我国正处于追赶阶段。

MEMS 微机械陀螺在汽车导航、工业控制、、消费电子、移动应用、航空航天等领域得到了广泛的应用。

由于陀螺仪芯片体积小（1-10毫米），所以其研究难点重点在于结构设计、加工制造、封装和性能、成品率、成本等方面。

标签：陀螺仪；科氏效应；发展1 陀螺仪分类分析陀螺仪种类多，原理也不尽相同，通过对陀螺仪的分析，加强对各个种类陀螺仪的了解和认识，选取分类号为G01C19/56下的微机械陀螺进行分析，2006年版本IPC分类表中只有G01C19/56，随着振动陀螺仪的发展，单一的分类号已经不能满足陀螺仪分类的需求，在2012年IPC修订中增添G01C19/56下14个分类号以及G01C19/57下的12个分类号。

2 微机械陀螺概述当前，研究和开发微纳米级的微机电系统和专用微型仪表，包括传动件、智能材料、执行器以及微纳米传感器等已成为很多领域的热门课题。

随着微机械结构的出现和发展，航天航空微系统时代将伴随而来，微机械结构技术的发展，为未来宇航、飞行、导弹等高端航空航天飞行器的设计提供更精确的服务和很大的发挥空间。

2.1 微机械陀螺仪种类微机械陀螺仪属于一种振动式角速率传感器，用于测量旋转速度或旋转角或加速度，作为重要的惯性器件，具有质量轻、体积小、稳定性高、功耗低、精度高、性能优等诸多优点。

MEMS 陀螺分类方式有多种。

选取其中较为基础的几种进行介绍。

2.2 陀螺种类介绍（1）固体微陀螺。

2006 年，日本Hyogo大学在期刊上发表了了一种新型的压电振动固态微陀螺，该陀螺仪结构较简单，仅仅由一个带电极的锆钛酸铅（PZT）长方体构成。

它利用PZT的逆压电效应激振，以第29 阶纵向谐振模态作为参考线振动，利用压电效应检出角速率信号。

在2009 年，国内的上海交通大学[2-3]率先开展了对于该种新型固态陀螺的研究，陈文元申请的压电微固体模态陀螺采用带质量块的陀螺，在振动模态下，压电体上各点沿着轴向振动，轴向上相对两个棱边同为拉伸或压缩运动，相邻两个棱边的对应点运动方向相反，利用这种形式的振动作为压电微固体模态陀螺的工作振动模态，由于哥氏角速度效应，压电体上的压电电势发生变化，检测质量块上的压电体电压变化，即得出加速度。

MEMS陀螺仪技术原理_三轴陀螺仪技术原理

MEMS陀螺仪技术原理_三轴陀螺仪技术原理MEMS是什么呢？MEMS（Micro Electro Mechanical systems，微电子机械系统）是建立在微米/纳米技术基础上的前沿技术，其是一种可对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。

它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一整体单元的微型系统。

与传统的利用角动量守恒原理的陀螺仪相比，MEMS陀螺仪使用了不同的工作原理。

传统的陀螺仪是一个不停转动的物体，其转轴的指向不随承载它的支架旋转而变化。

要把这样一个不停转动的没有支撑的能旋转的物体用微机械技术在硅片衬底上加工出来，显然难上加难。

为此，MEMS陀螺仪在基于传统陀螺仪特性的基础上利用科里奥利力来实现了设备的小型化。

科里奥利力（Coriolis force）也就时常说的哥里奥利力、科氏力，它是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述，其来自于物体运动所具有的惯性，由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力就是这样的代表，地转偏向力有助于解释一些地理现象，如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。

MEMS陀螺仪是科里奥利力的最常见应用，MEMS陀螺仪利用科里奥利力（旋转物体在径向运动时所受到的切向力），旋转中的陀螺仪可对各种形式的直线运动产生反映，通过记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制。

为了产生这种力，MEMS 陀螺仪通常安装有两个方向的可移动电容板，径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动，横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化。

这样，MEMS陀螺仪内的陀螺物体在驱动下就会不停地来回做径向运动或震荡，从而模拟出科里奥利力不停地在横向来回变化的运动，并可在横向作与驱动力差90的微小震荡。

这种科里奥利力好比角速度，所以由电容的变化便可以计算出MEMS陀螺仪的角速度。

三轴角速度与旋转速率成正比以意法半导体的MEMS陀螺仪为例，其核心元件是一个微加工机械单元，在设计上按照一个音叉机制运转（音叉机制的工作原理是通过安装在音叉基座上的一对压电晶体使音叉在一定共振频率下振动，当音叉开关的音叉与被测介质相接触时，音叉的频率和振幅将改变，音叉开关的这些变化由智能电路来进行检测，处理并将之转换为一个开关信号）。

MEMS微陀螺技术综述

速率陀螺
按工作模式
开环模式
速率积分陀螺
整角模式
*
部分检测方式的MEMS陀螺性能对比[20]
技术指标电容式压电式压阻式隧道效应式
阻抗
高
高
低
高
电负载影响非常大
大
小
小
尺寸
大
小
中等
小
温度范围
非常宽
宽
中等
中等
线性度误差
高
中等
低
高
有无阻尼
有
无
有
有
灵敏度
高
中等
中等
高
电路复杂程度
高
中等
低
高
成本
高
高
低
中
交叉轴敏感度
电源
高精度万用表
辨率测试
螺
转台
等
检
测
控制主机
原
理
框
图
利用前述方法测得传感器输出波形或数据，取不同输入情况下的离散点，获取批量数据，通过 Matlab 、 OriginLab、Excel等数据处理软件进行数据的处理和曲线的拟合，分析陀螺仪线性度，对原始数据进行滤波、变换等处理，分析陀螺的时频域特性。与利用ANSYS、Matlab等软件仿真所得数据进行对比分析。
=ω x
z
时，陀螺的检测灵敏度最高。
*
厚膜、深刻蚀、次数少
淀积
封装测试部分封装，多种测试
多次重复
光刻
刻蚀
装架
划片
去
除
牺
牲
层
，
释
测试
放结
构

微机械陀螺仪报告

微机电系统设计学读书报告--浅谈微机械陀螺仪0 引言陀螺仪是一种能够敏感载体角度或角速度的惯性器件，在姿态控制和导航定位等领域有着非常重要的作用。

传统的机械陀螺仪由于体积大、成本高、不适合批量生产等因素制约了其在很多方面的应用。

在科技发展的推动以及市场需求的牵引下，陀螺仪正朝着高精度、高可靠性、微型化、多轴测量和多功能测量的方向发展。

随着MEMS技术的发展，MEMS微细加工工艺在惯性器件制作中的应用大大减小了陀螺仪的尺寸，降低了生产成本，使其能够在汽车、工业自动化、消费电子等领域得到更广泛的应用。

陀螺仪的发展大致经历了下列几个过程：从20世纪50年代的液浮陀螺仪到70年代的动力调谐陀螺仪(又称挠性陀螺仪，DTG)，从20世纪80年代的环形激光陀螺仪(RLG)、光纤陀螺仪(FOG)到90年代的振动陀螺仪以及目前研究报导较多的微机械电子系统陀螺仪(简称微机械陀螺仪，MEMSG)[1]。

微机械陀螺仪在军事领域方面的应用尤为重要，如Honeywell最近研究出的GG5300三轴微机械陀螺封装件高度3.3厘米，直径5.0厘米，专为导引头瞄准线稳定、飞行控制、炮塔稳定而设计，已经成功应用于全球鹰无人机上。

微机械陀螺仪属于微电子机械范畴，按材料分可分为硅微陀螺、石英微陀螺、压电陶瓷微陀螺等。

石英材料结构的品质因数Q值很高，陀螺仪特性最好，且有实用价值，是最早商品化的；硅材料结构完整，弹性好，比较容易得到高Q值的硅微机械结构，随着深反应刻蚀技术（DRIE）的出现，体硅微机械加工技术的加工精度显著提高，因此两种材料的微机械陀螺在市场上都有着广泛的应用。

1 微机械陀螺仪硅微机械陀螺仪的结构常采用振梁结构、双框架结构、平面对称结构、横向音叉结构、梳状音叉结构、梁岛结构等。

目前世界上研究的石英微机械陀螺按照结构大致可以分为：单端音叉石英微陀螺、双端音叉石英微陀螺、双端固定石英音叉微陀螺、双“Ｔ”型石英微陀螺、双锤头型石英微陀螺和三角型石英微陀螺等。

微机械陀螺工作原理

微机械陀螺工作原理
微机械陀螺是一种由微小机械结构构成的陀螺仪。

其工作原理基于陀螺效应和泛振动现象。

陀螺效应是指当陀螺受到外力作用时，其会产生一个相对于作用力方向垂直的力矩，使陀螺发生旋转。

微机械陀螺利用这个特性，通过测量陀螺的旋转角速度来检测外界的旋转或倾斜。

在微机械陀螺中，通常采用微机电系统（MEMS）技术制作陀螺结构。

该结构由一个旋转质量块和支撑结构组成。

当外界旋转作用于陀螺仪时，旋转质量块产生陀螺效应，产生一个力矩使其倾斜或旋转。

支撑结构通过引入压电效应或电感效应进行力矩的测量和控制。

泛振动现象是指当将微机械结构置于一定频率的交变电场或磁场中时，结构会发生微小的周期性振动。

微机械陀螺利用泛振动现象，通过检测振动频率的变化来测量陀螺的旋转角速度。

当陀螺旋转时，振动频率会发生微小的变化，通过检测这种变化可以测量出陀螺的旋转速度。

综合上述原理，微机械陀螺可以通过测量陀螺效应或泛振动现象来检测外界的旋转或倾斜。

这种小型化的陀螺仪具有体积小、功耗低、成本低等特点，广泛应用于惯导系统、无人机、智能手机等领域。

mems陀螺仪原理

mems陀螺仪原理
mems陀螺仪是一种基于微电子机械系统（MEMS）技术的陀
螺仪，其原理是利用惯性力和Coriolis效应来测量物体的旋转
角度。

mems陀螺仪通常由一个微小的敏感元件和一个驱动元件组成。

敏感元件用于感知物体的旋转运动，而驱动元件则用于提供驱动力。

这两者共同工作，使得mems陀螺仪能够准确测量物体
的旋转角度。

敏感元件通常由微小的振动体构成，它们被放置在一个微小的腔体内。

当物体发生旋转时，惯性力作用在振动体上，导致其发生位移。

这个位移随着旋转角速度的增加而增加，从而可以用来测量旋转角度的大小。

同时，驱动元件可以通过施加振动力来保持敏感元件的振动。

这种振动力可以通过微小的电极施加，从而实现对振动体的控制。

通过控制驱动元件的振动频率和振动幅度，可以确保敏感元件在操作范围内保持稳定的振动状态。

在mems陀螺仪中，Coriolis效应起到了关键的作用。

当敏感
元件振动时，由于物体的旋转，振动体会感受到一个由Coriolis力引起的横向力，这个力与振动方向垂直。

通过测量
这个横向力的大小，可以确定物体的旋转角速度。

综上所述，mems陀螺仪通过利用惯性力和Coriolis效应，结
合微电子机械系统技术，实现对物体旋转角度的准确测量。

它
在航空航天、汽车导航、智能手持设备等应用领域有着广泛的应用。

微机械陀螺仪的基本工作原理、主要特点及应用情况 ppt课件

5. 国内硅微机电陀螺仪加速度敏感性普遍偏大
PPT课件
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1.3 研究现状与研究意义
目前，微机械陀螺仪还属于中、低精度范畴，它们的研制成功将投入更多的军事和商业应用。尤其在军事方面，通过采用微机械陀螺仪技术，可以把制导、导航和控制引入以前未能考虑的一些武器系统中，典型的如各种制导炮弹和弹丸。
由于硅材料固有的温度敏感性，需要对硅微陀螺仪的温度特性作特别处理。
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内容提要
1. 概述
2.基本工作原理 3.主要特点
4.应用情况
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4. 应用情况
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Thank you!
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工方式等
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1.2 微机械陀螺技术与国外的差距
1. 国内硅微机电陀螺技术在设计理论研究上和国外存在差距
2. MEMS工艺条件和国外相比存在较大的差距，产品加速度敏感性普遍偏大
3. 微弱信号检测及专用集成电路水平和国外相比存在较大的差距
4. 国内硅微机电陀螺仪的工程化水平和国外相比存在较大的差距
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内容提要
1. 概述
2.基本工作原理
3.主要特点 4.应用情况
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2. 基本工作原理
基于哥氏效应工作
Ω 敏感轴
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检测运动
动运动驱
2. 基本工作原理
框架式微机械振动陀螺仪结构形式
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2. 基本工作原理
框架式微机械振动陀螺仪的控制系统框图
体微机械加工表面机械加工和liga加工方式等11国内硅微机电陀螺技术在设计理论研究上和国外存在差距mems工艺条件和国外相比存在较大的差距产品加速度敏感性普遍偏大微弱信号检测及专用集成电路水平和国外相比存在较大的差距国内硅微机电陀螺仪的工程化水平和国外相比存在较大的差距国内硅微机电陀螺仪加速度敏感性普遍偏大12目前微机械陀螺仪还属于中低精度范畴它们的研制成功将投入更多的军事和商业应用

微机电陀螺仪原理

微机电陀螺仪原理微机电陀螺仪是一种基于微机电系统技术的传感器，用于测量和检测物体的角速度和角位移。

它利用了微机电系统中的微小机械结构和运动原理，具有高精度、高灵敏度、低功耗等特点。

微机电陀螺仪的工作原理是基于角动量守恒定律和回转稳定原理。

当物体发生旋转时，其角动量会发生变化，微机电陀螺仪通过测量这种变化来得到角速度和角位移的信息。

微机电陀螺仪的核心部件是一对微机电陀螺仪感应器。

这些感应器通常由一些微小的机械结构组成，如微型悬臂梁或微型挠性结构。

当物体发生旋转时，这些微小的机械结构会受到惯性力的作用，产生微小的变形。

微机电陀螺仪通过测量这种微小的变形来判断物体的旋转情况。

微机电陀螺仪通常采用差动运动的方式进行工作。

它包括两个相互垂直的感应器，分别用于测量物体绕两个垂直轴的旋转情况。

当物体绕其中一个轴旋转时，感应器之间会产生微小的差异，微机电陀螺仪通过测量这种差异来计算物体的角速度和角位移。

微机电陀螺仪通常还会配备一些辅助装置，如放大器、滤波器和数据处理器等。

放大器用于放大感应器输出的微小信号，滤波器用于滤除噪声和干扰信号，数据处理器用于对测量结果进行处理和分析。

这些辅助装置可以提高微机电陀螺仪的性能和稳定性。

微机电陀螺仪在许多领域都有广泛的应用。

在航空航天领域，微机电陀螺仪可以用于导航、姿态控制和飞行稳定等方面。

在汽车领域，微机电陀螺仪可以用于车辆稳定控制和动态平衡等方面。

在工业生产中，微机电陀螺仪可以用于机器人控制和精确定位等方面。

微机电陀螺仪是一种基于微机电系统技术的传感器，用于测量和检测物体的角速度和角位移。

它通过测量微小的机械结构变形来获取旋转信息，并通过差动运动方式进行工作。

微机电陀螺仪具有高精度、高灵敏度和低功耗等特点，广泛应用于航空航天、汽车和工业等领域。

微机电陀螺仪原理

微机电陀螺仪原理引言：微机电陀螺仪是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，用于测量和检测物体的角速度和角度变化。

它广泛应用于导航系统、无人机、稳定平台等领域。

本文将介绍微机电陀螺仪的原理，以及其在实际应用中的一些特点和挑战。

一、微机电陀螺仪的原理微机电陀螺仪的原理基于陀螺效应，即当物体自转时，会产生一个与自转轴垂直的力矩，使得物体保持平衡。

具体而言，微机电陀螺仪利用微小的谐振器件来检测物体的角速度和角度变化。

当物体发生旋转时，谐振器件会受到力矩作用而发生微小的位移，通过测量这种位移，可以得到物体的角速度和角度信息。

二、微机电陀螺仪的工作原理微机电陀螺仪通常由两个主要部分组成：驱动部分和感应部分。

驱动部分负责提供激励信号，以使陀螺仪开始振动；感应部分则用于检测陀螺仪的振动情况并将其转换为电信号。

1. 驱动部分驱动部分通常采用压电材料或电磁驱动器来激励陀螺仪振动。

压电材料在施加电场时会产生机械应变，从而使得陀螺仪振动。

电磁驱动器则通过电流产生磁场，与陀螺仪中的磁场相互作用，从而实现驱动。

2. 感应部分感应部分是微机电陀螺仪的核心组成部分，它通过测量陀螺仪振动引起的位移来获取角速度和角度信息。

常见的感应部分包括电容传感器和压阻传感器。

电容传感器通过测量电容的变化来检测位移，而压阻传感器则通过测量阻值的变化来获得位移信息。

三、微机电陀螺仪的特点与挑战微机电陀螺仪具有许多优点，例如体积小、重量轻、功耗低等。

然而，它也面临着一些挑战。

1. 噪声和漂移微机电陀螺仪在实际应用中容易受到噪声和漂移的影响，这会导致测量结果的不准确性。

为了解决这个问题，可以采用信号处理技术和校准方法来降低噪声和漂移对测量结果的影响。

2. 温度影响温度对微机电陀螺仪的性能有很大影响，尤其是对其精度和稳定性。

为了解决这个问题，可以采用温度补偿技术来消除温度引起的误差。

3. 复杂环境下的应用微机电陀螺仪在复杂环境下的应用可能会受到振动、冲击和磁场等干扰。

微机械陀螺仪技术研究

针对原子、分子和电子等的极小化研究，尺度特征为微米、纳米甚至皮米，研究手段以扫描隧道显微镜为代表。

这其中，微型化是近二三十年自然科学和工程技术发展的一个重要趋势，而微纳米技术的研究则推动了这一领域的蓬勃发展。

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的加工尺寸在微米量级，系统尺寸在毫米量级。

它的学科交叉程度大，其研究已延伸至机械、材料、光学、流体、化学、医学、生物等学科，技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域。

MEMS的发展源于集成电路，但又有所区别：MEMS能够感知物理世界中的各种信息，并由计算单元对信息进行处理，再通过执行器对环境实施作用与控制。

微型化是MEMS的一个重要特点，但不是唯一特点。

首先，MEMS不仅体积小、重量轻，同时具有谐振率和品质因子高、能量损失小等特点。

其次，可批量加工特点大大降低了MEMS产品成本：若借助于MEMS器件库，MEMS的设计将更加灵活，重用率更高。

最后，强大的计算能力是MEMS系统实现信息采集、处理、控制的关键，充分利用集成电路的计算优势将会拓展MEMS在智能控制等领域的应用。

随着微电子技术和微机械加工技术的发展及振动陀螺仪的出现，使人们制造出微小型惯性元器件的梦想成为了现实。

在微观尺寸生产领域制造技术革命性的发展，使得小型元器件的尺寸突破了一个又一个极限。

如扫描隧道显微镜，可以实现原子分辨率；电子束、离子束、X 射线束制造技术，可以使器件的特征线宽做到100．250埃：分子工程也与常规的平面工艺密切地结合起来。

由于这些技术及相关技术的不断发展，使微小型制造业推进到了微米／纳米的水平。

关于微陀螺仪的原理及应用

关于微陀螺仪的原理及应用1. 简介微陀螺仪是一种用于测量和检测角速度和角位置的微型惯性传感器。

它基于陀螺效应原理，利用微电子加工和微机电系统（MEMS）技术制造而成。

微陀螺仪具有体积小、重量轻、功耗低、响应速度快等特点，广泛应用于航空航天、导航仪器、车载系统、智能手机等领域。

2. 原理微陀螺仪的工作原理基于陀螺效应，即当一个物体在转动时，会产生一个力矩，使物体保持转动。

微陀螺仪利用这一原理来测量角速度和角位置。

微陀螺仪通常由两个相互垂直的振荡器构成，一个用于测量x轴角速度，另一个用于测量y轴角速度。

当微陀螺仪受到外界作用力或角速度时，振荡器会产生微小的振荡，其振荡的频率与外界作用力或角速度成正比。

微陀螺仪会通过测量这些振荡器的频率变化来计算角速度和角位置。

3. 应用微陀螺仪具有广泛的应用前景，在许多领域发挥重要作用。

以下是一些常见的应用领域：3.1 导航与定位微陀螺仪在导航与定位系统中有着广泛的应用。

例如，无人机、导弹等需要精确控制姿态的设备中，微陀螺仪可以通过测量姿态角速度和角位置来实现精确的飞行控制。

同时，在车载导航系统中，微陀螺仪可以用来检测车辆的转弯动作，从而提供更准确的导航信息。

3.2 智能手机和可穿戴设备微陀螺仪被广泛应用于智能手机和可穿戴设备中。

智能手机中的陀螺仪可以检测和监测设备的姿态、方向和运动状态，为用户提供更加智能化和沉浸式的交互体验。

同时，可穿戴设备中的陀螺仪可以用来监测用户的运动和活动状态，实现计步、睡眠监测等功能。

3.3 航空航天微陀螺仪在航空航天领域有着广泛的应用。

例如，航天器中的姿态控制系统通常需要使用微陀螺仪来实现姿态的测量和控制。

此外，微陀螺仪还可以用于飞机的导航和飞行控制系统中，提供准确的飞行姿态和位置信息。

3.4 其他领域除了上述应用领域之外，微陀螺仪还被应用于许多其他领域。

例如，在运动仪器中，微陀螺仪可以检测运动设备的角速度和角位置，为用户提供准确的运动数据。

微机械陀螺工作原理

微机械陀螺工作原理
微机械陀螺是一种利用旋转惯性的原理来测量角速度的装置。

它由旋转部件和悬挂部件组成。

旋转部件通常由一个旋转的转子或转盘组成，转子会围绕一个轴线旋转。

悬挂部件则用来支持转子，使其能够自由旋转，并且抵抗外界的力矩作用。

当微机械陀螺受到角速度的作用时，转子就会受到一定的力矩，并且开始旋转。

转子的旋转会产生一个特定的角动量，称为陀螺力矩。

此时，悬挂部件会尝试抵消陀螺力矩，并使转子保持在特定的方向上旋转。

为了测量转子的角速度，通常将悬挂部件与传感器相连。

传感器可以测量悬挂部件的位移或改变，并将其转化为电信号。

这些电信号经过处理后，就可以得到转子的角速度。

微机械陀螺的工作原理可以用以下几个步骤来描述：
1. 当微机械陀螺受到外界的角速度作用时，转子开始旋转。

2. 旋转的转子会产生陀螺力矩，试图保持其旋转方向。

3. 悬挂部件通过某种机构抵消陀螺力矩，使转子保持在特定方向上旋转。

4. 悬挂部件与传感器相连，传感器会测量悬挂部件的位移或改变，并将其转化为电信号。

5. 经过信号处理，可以得到转子的角速度。

微机械陀螺具有高精度、小尺寸和低功耗的特点，可以广泛应用于导航、惯性导航、飞行控制、自动驾驶等领域。

其工作原理的理解对于应用和设计具有重要意义。

微机械MEMS陀螺仪原理和几大公司的基本工艺流程

微机械MEMS陀螺仪原理和几大公司的基本工艺流程微机械MEMS陀螺仪是一种利用微纳技术制造的陀螺仪。

其基本原理是利用陀螺效应来检测和测量振动、旋转以及角速度等物理量。

微机械MEMS陀螺仪的工艺流程一般包括硅的制备、微影技术、湿法腐蚀、金属薄膜的制备以及封装等。

微机械MEMS陀螺仪的原理和工作方式基于陀螺效应，其核心部分通常是一个微小的旋转结构。

当这个旋转结构受到外部力矩的作用时，将产生一个旋转角速度。

通过检测和测量这个旋转角速度，就可以得知外部施加力矩的大小和方向。

1.硅的制备：首先，通过高纯度多晶硅或单晶硅材料，使用工艺将硅片制备成所需形状和尺寸的基片。

2.微影技术：利用光刻和蚀刻技术，在硅片上生长一层光阻，然后使用掩膜模板的光刻技术，将光刻胶上的图形进行曝光。

3.湿法腐蚀：在曝光后，使用湿法腐蚀技术，通过将硅片置于腐蚀液中，蚀刻出所需形状和尺寸的结构。

4.金属薄膜的制备：通过物理蒸镀或化学气相沉积技术，制备出金属薄膜，这些薄膜将用于连接和测量。

5.封装：将微机械MEMS陀螺仪芯片封装在一个保护壳中，以保护其免受外部环境的影响。

几大公司在微机械MEMS陀螺仪的工艺流程上可能会有一些差异，但总体上都遵循以上的基本工艺流程。

以下是几大公司在微机械MEMS陀螺仪制造方面的一些特点和工艺流程：1.爱普生公司：爱普生公司是微机械MEMS陀螺仪的领先制造商之一、其工艺流程中使用了多晶硅的刻蚀技术，可以实现高度的几何精度和结构控制。

2. 微想公司：微想公司的工艺流程中使用了表面微机电系统（Surface Micro-machining）技术，可以制备出非常小的结构，具有高精度和高稳定性。

3.STM公司：STM公司通过使用特殊的材料和非常精密的加工工艺，使得其微机械MEMS陀螺仪具有极高的精度和快速响应性能。

总结起来，微机械MEMS陀螺仪的原理是利用陀螺效应来测量角速度和旋转的物理量，其工艺流程包括硅的制备、微影技术、湿法腐蚀、金属薄膜的制备和封装等步骤。

微惯性技术(第三讲)微陀螺仪

典型的陀螺仪
可用于军事、民用航空、汽车、导弹等领域的高性能长寿命的微型陀螺仪，其大小比衬衫的纽扣还小，重量不足1克。
典型的陀螺仪
日本的CRS-03 陀螺,中间是一个磁铁
典型的陀螺仪
AD公司生产的陀螺内部结构
典型的陀螺仪
AD 公司双轴陀螺
美国BEI公司生产的QR14
陀螺仪的分类

非机械式
压阻效应压电效应热效应电容效应电感效应外研究情况（一）
国外研究情况（二）
国外研究情况（三）
国外研究情况（四）
微惯性器件之二微陀螺仪
陀螺仪简介
陀螺是一种用于测量旋转速度或旋转角的仪器。它在运输系统，例如导航、刹车调节控制和加速度测量等方面有很多应用。宏观的陀螺可分成两个主要种类：非机械（光学的）式的或机械式的。
非机械陀螺利用光环使光束在相反方向旋转。当陀螺结构旋转时，检测光束的多普勒移位。而宏观的机械式的陀螺通常是用一个旋转的圆盘产生一个惯性的参照体，由于微机械方法加工带有足够质量的旋转部分很难，所以典型的微机械陀螺使用振动结构。
激光陀螺和光纤陀螺

机械式（主要介绍微机械式）
1）振动式微机械陀螺仪
2）转子式微机械陀螺仪
3）微机械加速度计陀螺仪
1）振动式微机械陀螺仪

利用单晶硅或多晶硅制成的振动质量，在被基座带动旋转时的哥氏效应感测角速度。

多采用平面电极或梳状电极静电驱动，并采用平板电容器进行检测。

可分为：
梳状驱动平板式振动陀螺仪
梳状驱动音叉式振动陀螺仪
电磁驱动音叉式陀螺仪
振环式陀螺仪
压电棒式振动陀螺仪
声表面波振动陀螺仪

微机械陀螺仪的工作原理及其应用

本文详细介绍了意法半导体公司的电容式微机械陀螺仪的基本工作原理，其采用对称双质量块结构，驱动质量块由静电力驱动产生可控的运动速度，而检测质量块则由哥氏力推动运动。

振荡驱动电路采用了双闭环的控制结构，有效地减小了温度或其它缺陷对振幅的影响，显著提高了陀螺仪的分辨率和稳定性。

最后，以单轴偏航陀螺仪LY530AL为例，详细介绍其关键参数及其应用，并配合三轴加速度传感器LIS3LV02DL，实现了新型无线遥控器和鼠标，验证了LY530AL的性能参数。

微机械陀螺仪陀螺仪又称角速度计可以用来检测旋转的角速度和角度。

正如我们所熟知，传统的机械式陀螺、精密光纤陀螺和激光陀螺等已经在航空、航天或其它军事领域得到了广泛地应用。

然而，这些陀螺仪由于成本太高和体积太大而不适合应用于消费电子中。

微机械陀螺仪由于内部无需集成旋转部件，而是通过一个由硅制成的振动的微机械部件来检测角速度，因此微机械陀螺仪非常容易小型化和批量生产，具有成本低和体积小等特点。

近年来，微机械陀螺仪在很多应用中受到密切地关注，例如，陀螺仪配合微机械加速度传感器用于惯性导航、在数码相机中用于稳定图像、用于电脑的无线惯性鼠标等等[1]。

微机械工艺的发展和成熟，使得微机械陀螺仪在消费电子中的广泛应用成为可能，并且已有相应的产品面世，如罗技的空中鼠标。

这些都使业界相信微机械陀螺仪很快就会成为继微机械加速计之后用于动作感测的另一重要元件。

鉴于此，意法半导体公司基于其先进的Thelma工艺先后开发并量产了超小型单轴偏航陀螺仪LISY300AL和LY530AL。

LY530AL 具有两种接口：模拟和数字接口，提高了设计的灵活性，简化了设计难度，可测角速率达到±300度/秒。

本文以LY530AL 为例讨论意法半导体微机械陀螺仪的工作原理及其应用。

图1，哥氏力现象。

微机械陀螺仪的工作原理微机械陀螺仪利用了哥氏力现象，其原理如图1所示。

当图中的物体沿X轴做周期性振动或其他运动时，并且XY 坐标系沿Z轴做角速度为Ωz旋转运动，就会在该物体上产生一个沿Y轴方向的哥氏力，其矢量可按式1计算[1]。

微机械陀螺仪的基本工作原理、主要特点及应用情况

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1.2 微机械陀螺技术与国外的差距
1. 国内硅微机电陀螺技术在设计理论研究上和国外存在差距 2. MEMS工艺条件和国外相比存在较大的差距，产品加速度敏感性普遍偏大 3. 微弱信号检测及专用集成电路水平和国外相比存在较大的差距 4. 国内硅微机电陀螺仪的工程化水平和国外相比存在较大的差距 5. 国内硅微机电陀螺仪加速度敏感性普遍偏大11/13Fra bibliotek内容提要
1. 概述 2.基本工作原理 3.主要特点
4.应用情况
12/13
4. 应用情况
汽车电子
•ESC系统
手机
•路线指引
消费电子
•游戏机
军事应用
•微型航空器
•辅助GPS
•车用安全管理系统
•行动游戏机
•健康管理 •无缝拨号
•防手震系统
•3D遥控器 •安全监控
•空间武器
•精确制导武器
微机械陀螺仪的基本工作原理、主要特点及应用情况
主讲人：宋璐学号：2120121012
内容提要
1. 概述
2.基本工作原理 3.主要特点 4.应用情况
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1. 概述
MEMS：Micro Electro Mechanical systems 微米/纳米技术：micro/nanotechnology 微机械陀螺仪，也叫硅微陀螺仪、微机电陀螺仪，它被誉为指尖上的陀螺仪。
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1.1 分类
振动结构：线振动结构和角振动结构材料：硅材料和非硅材料驱动方式：静电驱动式、电磁驱动式和压电驱动式检测方式：电容性检测、压阻型检测、压电性检测、光学检测和隧道效应检测工作方式：速率陀螺仪和速率积分陀螺仪加工方式：体微机械加工、表面机械加工和LIGA加工方式等

陀螺及惯性技术课件

陀螺仪在神经科学中的研究进展
陀螺仪在神经科学研究中的作用和意义
介绍神经科学研究中陀螺仪的应用和意义。
神经元连接性研究
讲解神经元连接性的概念和研究方法，并阐述陀螺仪在神经元连接性研究中的应用。
脑活动成像技术
介绍脑活动成像技术的概念和原理，讲解陀螺仪在脑活动成像技术中的应用。
深度探讨惯性传感器
2
加速度计原理
讲解加速度计原理，并探讨加速度计在压力传感器中的应用。
3
实验验证
通过实验验证，证明加速度计在微电子压力传感器中的应用效果。陀螺仪惯性导航系统对无人机姿控制的应用陀螺仪原理
介绍陀螺仪的原理和分类，并阐述其在空中姿态控制中的重要性。
惯性导航系统原理
讲解惯性导航系统的原理和组成，并探讨其对无人机飞行中的支持作用。
无人机姿态控制
分析无人机姿态控制的难点和挑战，并探讨陀螺仪惯性导航系统在其中的应用。
惯性导航系统在导弹制导中的应用
导弹制导概述
介绍导弹制导的基本概念和分类，探讨惯性导航系统在其中的应用。
惯性测量单元
阐述惯性测量单元的组成和原理，并表明其在导弹制导中的重要作用。
导弹姿态控制
分析导弹在飞行过程中的姿态控制难点，探讨惯性导航系统在其中的应用。
MEMS技术
介绍惯性传感器中的MEMS技术，讲解其应用和成果。
光纤陀螺
讲解光纤陀螺的原理和优点，探讨其在惯性传感器中的应用前景。
陀螺及惯性技术课件
本课件将介绍陀螺和惯性技术的原理及其在不同领域的应用。通过本课件的学习，您将对陀螺及惯性技术有更深入的了解。
导言
本章节将引入陀螺及惯性技术的主题，并简述陀螺和惯性技术对现代工程的作用和重要性。