微陀螺介绍
2024-微机械陀螺简述,微惯性技术
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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
mems陀螺仪工艺流程
mems陀螺仪工艺流程一、引言MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）陀螺仪是一种利用微机电系统技术制造的精密测量仪器，用于测量物体的旋转角速度。
它由微尺寸的机械结构和微电子器件组成，具有体积小、重量轻、功耗低等优点。
本文将介绍MEMS陀螺仪的工艺流程。
二、工艺流程1. 设计与模拟MEMS陀螺仪的工艺流程首先需要进行设计与模拟。
设计师根据需求确定陀螺仪的功能和性能指标，并通过计算机辅助设计软件进行模拟和验证。
设计包括机械结构设计、电路设计和封装设计等。
模拟则通过数值计算和仿真软件进行，以验证设计的可行性和优化设计参数。
2. 掩膜制备接下来是掩膜制备阶段。
掩膜是制作MEMS陀螺仪的关键工艺，它相当于制作微米级结构的模板。
制备掩膜通常采用光刻技术，即将光敏胶涂覆在硅片上，然后使用掩膜对光敏胶进行曝光，最后通过显影和清洗等步骤得到所需的掩膜结构。
3. 基片制备基片制备是指制作MEMS陀螺仪的硅基片。
首先，选择高纯度的单晶硅材料，并进行切割和研磨，以获得平整的硅片。
然后，在硅片上进行氧化处理，形成氧化硅层，作为陀螺仪的基底。
接下来，通过光刻、蚀刻和沉积等工艺步骤，在硅片上制备出陀螺仪的机械结构和电路等。
4. 结构制备结构制备是制作MEMS陀螺仪的关键步骤之一。
通过光刻和蚀刻等工艺，在硅片上制备出陀螺仪的机械结构，包括感应电极、驱动电极和挠曲结构等。
其中，感应电极用于检测陀螺仪的旋转角速度，驱动电极用于施加驱动力，挠曲结构则用于实现陀螺仪的旋转测量。
5. 封装与封装测试在结构制备完成后，需要对MEMS陀螺仪进行封装。
封装工艺通常包括焊接、封装材料注入、密封和测试等步骤。
焊接是将陀螺仪芯片与封装底座焊接在一起，以提供电气连接。
封装材料注入是将封装材料注入封装底座中，以保护陀螺仪芯片。
密封是将封装底座密封，以防止外界环境对陀螺仪的影响。
封装测试是对封装后的陀螺仪进行性能测试，以确保其符合设计要求。
MEMS陀螺仪原理
mems陀螺仪mems陀螺仪即硅微机电陀螺仪，绝大多数的MEMS陀螺仪依赖于相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。
目录•mems陀螺仪的原理•mems陀螺仪的特点•mems陀螺仪的构成•mems陀螺仪的选用•mems陀螺仪的安装mems陀螺仪的原理•MEMS 陀螺仪(gyroscope)的工作原理传统的陀螺仪主要是利用角动量守恒原理, 因此它主要是一个不停转动的物体, 它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而变化.但是MEMS 陀螺仪(gyroscope)的工作原理不是这样的,因为要用微机械技术在硅片衬底上加工出一个可转动的结构可不是一件容易的事.MEMS 陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力. 下面是导出科里奥利力的方法. 有力学知识的读者应该不难理解.在空间设立动态坐标系(图一).用以下方程计算加速度可以得到三项,分别来自径向加速,科里奥利加速度和向心加速度.如果物体在圆盘上没有径向运动,科里奥利力就不会产生.因此,在MEMS 陀螺仪的设计上,这个物体被驱动,不停地来回做径向运动或者震荡,与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化,并有可能使物体在横向作微小震荡,相位正好与驱动力差90 度.MEMS 陀螺仪通常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(有点象加速度计中的自测试模式) ,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(就象加速度计测量加速度) .因为科里奥利力正比于角速度,所以由电容的变化可以计算出角速度.mems陀螺仪的特点•MEMS陀螺仪是利用coriolis 定理，将旋转物体的角速度转换成与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1. 体积小、重量轻，其边长都小于1mm，器件核心的重量仅为1.2mg。
20陀螺课件(50张PPT)
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了多次变革 和进步。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，新型陀螺技术如量子陀螺等也在不断发展中。
02
陀螺仪结构与工作 原理
陀螺仪基本结构组成
转子
高速旋转的对称刚 体，提供陀螺力矩
驱动装置
使转子保持恒定转 速的装置
陀螺仪主要部件
转子、支架、驱动 装置、测量装置
支架
支撑转子并允许其 在特定自由度上旋 转
测量装置
检测转子进动角速 度的装置
陀螺仪工作原理剖析
陀螺仪力学基础
动量矩守恒定律
陀螺仪进动性
在外力矩作用下，转子绕动量矩矢量旋转
陀螺仪定轴性
陀螺仪进动角速度与外力矩关系
在不受外力矩作用时，转子动量矩矢量保持 恒定方向
姿态控制系统概述及功能需求
姿态控制系统定义
通过传感器感知载体姿态变化，并通过执 行机构调整载体姿态，使其保持稳定或按
照预定轨迹运动的系统。
稳定性
在各种干扰下，能够保持稳定的姿态控制 性能。
实时性
能够快速响应姿态变化，及时调整控制策 略。
精确性
能够精确感知和控制姿态变化，减小误差。
陀螺仪在姿态控制系统中作用
典型案例分析：车载稳定平台设计
姿态稳定度
≤0.1°（横滚、俯仰）；
指向精度
≤1mrad；
典型案例分析：车载稳定平台设计
• 环境适应性：适应不同路况和车速下的稳定需求。
典型案例分析：车载稳定平台设计
解决方案
采用高精度陀螺仪和加速度计组成惯性测量单元（IMU），实现姿态的 高精度感知；
微型陀螺仪
华中科技大学机械科学与工程学院2015-2016 年第1 学期课程报告考生姓名：潜世界考生学号：M201570372专业、班级：机硕1502 班课程名称：微纳制造技术基础授课教师：朱福龙课程成绩：考查日期：2015年11月摘要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。
文章首先对陀螺仪做了简单的原理和功能介绍，阐述了当前微陀螺仪是非常具有前景的研究防线，并简单介绍了几种常见的微陀螺仪，然后对微陀螺仪的结构进行了简单的分析并且分析了微机械陀螺仪的设计及制造过程和工艺方法并对其中的技术难点进行了分析，也对加工陀螺仪必须的MEM工艺进行了概述，然后对微陀螺仪的前景及应用进行了进一步的探讨。
关键词：微机械陀螺仪、MEM技术、制造过程AbstractGyroscope is a kind of inertial device which can be sensitiveto the angle or angular velocity of the carrier, which is very important in attitude control and navigation. Because of the large volume, high cost and not suitable for mass production, thetraditional mechanical gyroscope has been used in many aspects.Driven by the development of science and technology and the demand of the market, the gyroscope is developing in the direction of high precision, high reliability, miniaturization, multi axis measurement and multi function measurement. With the development of MEMS technology, the application of MEMS micro machining technology in the fabrication of inertial device greatly reduces the size of the gyroscope, reduces the cost of production, and can be used in the fields of automobile, industrial automation, consumer electronics and other fields.Firstly, this paper introduces the principle and function ofthe gyroscope. The current research on the micro gyroscope is very promising, and some common micro gyroscope is introduced. Then the structure of the micro gyroscope is analyzed. The design and manufacturing process and process method are analyzed.Keywords：Micromechanical gyroscopes, MEMS technology, production process、微机械陀螺仪研究背景（一）概念简介微机械MEM 是英文Micro Electro Mechanical systems 的缩写，即微电子 机械系统。
介绍现在的陀螺的作文
介绍现在的陀螺的作文
题目：《旋转的速度与激情：现代陀螺的魅力》
陀螺这一看似简单的玩具，却承载着无穷的速度与激情。
不再是传统木质或金属材质的简单构造，现代陀螺融入了高科技元素，不仅在外形设计上更富创意与个性，在旋转速度和竞技性能上更是达到了前所未有的高度。
如今，电动陀螺凭借其强大的动力系统，能够实现惊人的转速。
例如，一些高端电动战斗陀螺，内置高效能电机驱动，瞬间爆发力强，最高转速可轻易突破每分钟数千转，甚至接近上万转，即每秒近百转以上，展现出了极致的速度魅力。
这种旋转的狂飚，犹如赛道上的赛车，挑战极限，燃烧着每一位玩家心中的激情。
不仅如此，现代陀螺在竞技玩法上也日益丰富多元。
它们配备精密的陀螺仪传感器，不仅能保持稳定的高速旋转，还能通过调整配重、改变重心位置来影响陀螺的战术表现，使其在对抗中展现出灵活多变的策略性和竞技性。
陀螺大赛不仅仅考验着陀螺本身的性能，更成为了玩家们智慧与勇气的较量场。
无论是光学陀螺等精密仪器级别的陀螺技术在现代导航、航空航天等高科技领域的应用，还是日常生活中的娱乐竞技陀螺，都在以其独特的方式诠释着速度与激情的内涵。
从幼儿园的孩子们手中色彩斑斓的小型塑料陀螺，到青少年热衷的竞技陀螺赛事，再到尖端科技设备内部精准感知姿
态变化的微型陀螺仪，展示出了陀螺这一古老而又焕发新生的事物所蕴含的无限活力与创新精神。
mems陀螺失效现象
mems陀螺失效现象摘要：1.介绍MEMS 陀螺2.MEMS 陀螺的失效现象3.失效现象的原因4.解决失效现象的方法5.总结正文：MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 陀螺，即微机电系统陀螺，是一种利用微电子技术制造的微型陀螺仪，具有体积小、质量轻、功耗低、精度高等优点，被广泛应用于航空航天、军事、汽车、医疗等领域。
然而，MEMS 陀螺在使用过程中会出现失效现象。
失效现象主要包括以下两种:第一种是漂移失效。
漂移是指MEMS 陀螺在无外力作用下，由于内部摩擦等因素导致的角速度不稳定现象。
漂移失效会导致MEMS 陀螺的角速度误差不断累积，最终导致测量结果的误差。
第二种是机械失效。
机械失效是指MEMS 陀螺由于内部结构的损坏、磨损等原因导致的失效。
机械失效会导致MEMS 陀螺的结构变形、质量变化等问题，从而影响其测量精度和稳定性。
那么，MEMS 陀螺失效现象的原因是什么呢？MEMS 陀螺的失效现象主要是由于其内部结构的微小尺寸和复杂性导致的。
由于MEMS 陀螺的内部结构非常微小，因此容易受到温度、湿度、振动等因素的影响。
同时，MEMS 陀螺的内部结构非常复杂，由多个微小的部件组成，因此在制造和使用过程中容易产生缺陷和故障。
针对MEMS 陀螺失效现象，有哪些解决方法呢？为了减少漂移失效，可以采用以下方法：减少内部摩擦、提高角速度稳定性、采用温度补偿技术等。
为了减少机械失效，可以采用以下方法：提高材料强度、增加制造工艺的精度、采用可靠性更高的结构设计等。
MEMS 陀螺是一种高精度、高稳定性的微型陀螺仪，被广泛应用于各个领域。
但是，MEMS 陀螺在使用过程中会出现漂移失效和机械失效等失效现象。
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
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。
MEMS
MEMS流体陀螺的研究进展作者：秦奎,张卫平,陈文元来源：《现代电子技术》2010年第10期摘要:随着微机电技术(MEMS)的快速发展,惯性器件微陀螺得到了广泛的发展和应用,其中微流体陀螺具有体积小、重量轻、成本低和抗高冲击等独特优点。
根据陀螺原理的不同介绍了几种微流体陀螺,包括气体对流微陀螺、射流微陀螺、ECF流体微陀螺和超流体陀螺,气体对流陀螺和射流微陀螺属于常用的典型流体陀螺,而ECF流体陀螺和超流体陀螺属于新型的流体陀螺,分别分析了它们的原理和应用情况,并对它们的应用前景进行了展望,微流体陀螺将在惯性导航和自动控制等方面发挥越来越重要的作用。
关键词:MEMS技术; 惯性器件; 微流体陀螺; 惯性导航中图分类号:V241.6 文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)10-0172-03Research Progress of MEMS Fluid GyroscopeQIN Kui, ZHANG Wei-ping, CHEN Wen-yuan(National Key Laboratory of Nano/Micro Fabrication Technology, Key Laboratory for Thin Film and Microfabrication of Ministry of Education,Institute of Micro and Nano Science and Technology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)Abstract:micro-gyroscope inertial devices have a wide range of development and application, with the rapid development of technology of micro electro mechanical systems, in which micro-fluid gyroscope with small size, light weight, low cost, high impact resistance and other unique advantages. According to the different principles, several typical micro-fluid gyroscope are introduced, including gas convection micro-gyroscope, jet micro-gyroscope, ECF micro-fluid and super-fluid gyroscope, in which gas convection micro-gyroscope and jet micro-gyroscope are common type fluid gyroscope and ECF micro-fluid and super-fluid gyroscope are new type fluid gyroscope. The theory, application and application prospect are analysed. Micro-fluid gyroscope will play a more and more important role in the areas of inertial navigation, automatic control and some others.Keywords:MEMS technology; inertial devices; micro-fluid gyroscope; inertial navigation0 引言MEMS技术的发展使得惯性技术领域正在经历一场深刻的变化。
音叉式微陀螺的工作原理
音叉式微陀螺的工作原理
音叉式微陀螺是一种常见的微型陀螺仪，它的工作原理基于震动传感器和陀螺效应。
音叉式微陀螺的结构包括两个相互垂直的音叉，每个音叉的末端都有一个质量块。
当陀螺仪受到旋转力矩时，两个音叉的振动频率会发生微小的差异。
当陀螺仪不受旋转力矩作用时，两个音叉的振动频率是相等的。
当陀螺仪受到旋转力矩作用时，陀螺会发生旋转，这会导致两个音叉振动频率的微小差异。
这个差异可以通过传感器检测到。
传感器一般采用压电传感器或光纤传感器。
压电传感器通过测量音叉振动产生的压电信号来检测音叉的振动频率差异。
光纤传感器则通过测量音叉振动产生的光信号来检测振动频率差异。
根据陀螺效应，当陀螺仪受到外部旋转力矩作用时，它会产生一个与旋转速度正比的陀螺力矩。
这个陀螺力矩会使陀螺产生一个与旋转速度方向垂直的角动量，使陀螺仪保持平衡。
通过测量音叉振动频率的差异，可以确定陀螺仪受到的旋转力矩的大小和方向。
因此，音叉式微陀螺可以用来测量和检测物体的旋转运动。
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。
几种新型陀螺简介
几种新型陀螺简介何传五北京控制工程研究所,北京100080摘 要 随着航空航天技术的发展,对惯性测量装置提出了更多的要求。
利用不同原理研制成的陀螺在各种领域均有不同应用。
本文仅就微机械陀螺、半球谐振陀螺、挠性陀螺、光纤陀螺的原理、结构及特性作一简介。
主题词 陀螺仪 3微机械陀螺 3半球谐振陀螺 动力调谐陀螺仪 纤维光学陀螺仪Brief I ntroduction to Several G yrosHe ChuanwuBeijing Institute of C ontrol Engineering,Beijing100080Abstract More and more requirements for the inertial measurement units are presented withdovelopment o f the aerospace technology.Several gyros developed by different concepts are po-ssessed o f different application areas in aerospace.In the paper the operating principle,struc2ture and characteistics only for micromechanical gyro,hemispherical resonator gyro,dynami2cally tuned gyro and fiber2optic gyro are introduced briefly.Subject terms Gyroscope 3Micromechamical gyro 3Hemispherical resonator gyroDynamically tuned gyro Fiber optic gyroscope1 微机械陀螺微机械陀螺是微电子与微机械组结合的微型振动陀螺。
MEMS陀螺仪介绍
MEMS陀螺仪介绍MEMS陀螺仪（Micro-electromechanical system gyroscope）是一种利用微机电系统技术制造的陀螺仪。
它是一种测量角速度或角位移的传感器。
MEMS陀螺仪在航空航天、导航、惯性导航、虚拟现实、机器人和消费电子等领域中发挥着重要的作用。
本文将介绍MEMS陀螺仪的工作原理、分类、应用领域以及未来发展方向。
一、工作原理MEMS陀螺仪的关键部分是MEMS振动结构，它包括一个振动质量块和与之相连的弹性支撑结构。
当旋转速度发生变化时，质量块会感受到科氏力产生的偏移力，从而引起振动结构的振动变化。
通过测量振动结构的变化，可以得到旋转速度的信息。
二、分类根据工作原理的不同，MEMS陀螺仪可以分为容积扩散器陀螺仪、震动陀螺仪和光纤陀螺仪。
容积扩散器陀螺仪基于压电效应，通过测量振动微结构的容积变化来测量旋转速度。
震动陀螺仪则通过测量加速度和角位移之间的关系来得到旋转速度。
光纤陀螺仪则利用光的干涉效应来测量角速度。
容积扩散器陀螺仪是目前应用较广泛的MEMS陀螺仪，其精度和灵敏度较高。
震动陀螺仪是一种新兴的技术，具有体积小、功耗低等优势，逐渐被广泛应用。
三、应用领域1.导航和惯性测量单元：MEMS陀螺仪可以用于航空航天、导航和惯性测量单元中，用于测量飞行器的姿态和角速度，为导航和控制提供准确的数据。
2.虚拟现实和游戏：MEMS陀螺仪可以用于虚拟现实头盔和游戏手柄中，用于感知用户的头部运动和手柄的姿态变化，实现交互的沉浸式体验。
3.移动设备：MEMS陀螺仪也被广泛应用于手机、平板电脑和智能手表等移动设备中，用于实现屏幕旋转、手势控制和陀螺仪导航等功能。
4.机器人和自动驾驶：MEMS陀螺仪可以用于机器人和自动驾驶车辆中，用于感知和控制机器人或车辆的姿态和运动状态，实现精确的导航和控制。
四、未来发展方向随着技术的不断进步，MEMS陀螺仪仍然具有很大的发展潜力。
未来的发展方向主要包括以下几个方面：1.提高精度和稳定性：MEMS陀螺仪目前的精度和稳定性还有改进的空间。
mems陀螺原理
mems陀螺原理mems陀螺是一种基于微机电系统（MEMS）技术的陀螺仪器。
MEMS陀螺原理基于陀螺效应，通过测量物体旋转时的力矩来确定其旋转速度和方向。
本文将从MEMS陀螺的工作原理、应用领域以及发展前景等方面进行探讨。
一、MEMS陀螺的工作原理MEMS陀螺的工作原理基于陀螺效应，即物体在旋转时会受到一个力矩，使其保持旋转方向和速度不变。
MEMS陀螺利用微小的振动元件来模拟旋转物体，并通过测量振动元件受到的力矩来确定物体的旋转速度和方向。
MEMS陀螺通常由两个主要部分组成：振动结构和检测结构。
振动结构负责产生旋转运动，而检测结构则用于测量力矩。
通常，振动结构由悬臂梁或谐振器构成，当物体旋转时，振动结构会受到某种力矩的作用，从而产生振动。
检测结构则通过测量振动结构受到的力矩来确定物体的旋转速度和方向。
二、MEMS陀螺的应用领域MEMS陀螺的应用领域非常广泛。
在导航和惯性导航系统中，MEMS陀螺常用于测量飞行器、船舶和导弹等的姿态和方向。
它们可以精确测量物体的旋转速度和方向，提供精准的导航信息。
MEMS陀螺还广泛应用于消费电子产品中。
例如，智能手机中的陀螺仪可用于自动旋转屏幕、游戏控制和姿态识别等功能。
虚拟现实设备中的MEMS陀螺则可以追踪用户的头部运动，实现更真实的虚拟体验。
MEMS陀螺还被用于工业自动化和机器人领域。
它们可以测量机械臂和机器人的姿态，实现精确的运动控制和操作。
三、MEMS陀螺的发展前景随着技术的不断发展，MEMS陀螺在精度、稳定性和可靠性方面取得了显著的进步。
目前，一些高端MEMS陀螺已经能够达到亚角度级别的精度，可以满足更加苛刻的应用需求。
MEMS陀螺也面临着一些挑战。
例如，温度和震动等环境因素会对其性能造成影响，需要通过复杂的校准和补偿算法来提高稳定性和精度。
此外，MEMS陀螺在长时间使用后可能会出现漂移，需要定期进行校准和维护。
未来，随着微纳制造技术的进一步发展，MEMS陀螺有望实现更小型化、低功耗和更高性能。
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介 质 类
可根 分据 为工 作 方 式 的 不 同 ，
振动式微机电陀螺
• 当前微机电陀螺的主流 • 硅微陀螺仪
• 优点：结构简单、制作容易 • 缺点：温度特性较差、 结构与电路无法一体化制作、 各种噪声及振动的非线性、 加工工艺局限
按驱动方式 电容驱动 电磁驱动 电压驱动 按检测方式 电容检测 电流检测 频率检测 电阻检测 压电检测
微机电陀螺仪的结构
• 一般的 MEMS陀螺仪由梳子结构的驱动部分和电 容板形状的传感部分组成。有的设计还带有去驱 动和传感耦合的结构。
梳子结构的驱动部分
电容板形状的传感部分
带有去驱动和传感耦合的结构
微机电振动式陀螺动力学
• 陀螺的完整系动力学方程可由广义坐标系 下的基本形式拉格朗日方程描述 d T T qi i x dt x
APKWS制导火箭弹
微机电陀螺在军事上的运用
（2）代替现有中近程战术导弹中的陀螺仪， 降低导弹成本， 提高精确打击武器的装备 量与战斗力。
微机电陀螺在军事上的运用
例如：AIS 公司研制的SiRRS 系列微机电陀螺及惯性测量 组合 SiIMU 在英国“海狼” 舰载防空导弹和 NLAW 反坦克 导弹等武器装备上得到应用
微机电陀螺仪介绍
学 生：陆煜桦 学 号：201521080111 指 导 老 师 ：黎业飞
本文贡献
• 分析微机电陀螺仪的工作原理、科里奥利力原理、 介绍微机电陀螺仪结构以及动力学、介绍了微机 电陀螺仪现代应用（重点军事上运用）及研究发 展趋势。国外微陀螺技术发展迅猛，目前达到的 性能指标已经远远超过最初对微陀螺性能的预计 值。但随着研究的深入和应用需求的扩展，对微 机电陀螺提出了低成本、高精度和高过载、高动 态等要求。需要在结构、工艺、组装及温控和信 号处理等方面不断创新和改进。
（1）常规武器的制导化改造。
例 如 ： 美 国 Honeywell 公司的 HG1700 微机电 陀螺在JDAM 制导航空 炸弹和陆射制导火箭弹 中得到了应用
JDAM 制导航空炸弹和陆射制导火箭弹
微机电陀螺在军事上的运用
BAE 公 司 的 微 机 电 惯 性 测量组合在 APKWS 制导火 箭弹中得到了应用
微机电机械系统（MEMS）
• 是近年来发展起来的一种新型多学科交叉 的技术。
• 涉及机械、电子、化学、物理、光学、生 物、材料等多学科。 • 可将机械构件、光学系统、驱动部件、电 控系统集成为一个整体单元的微型系统。
微机械陀螺仪（MEMS gyroscope）
• 工作原理：利用科里奥利力——旋转物体在 有径向运动时所受到的切向力
GG5200应用于Stryker 装 甲车的炮塔稳定平台
GG5300 应用于美国M1 主战 坦克的炮控稳定系统中
微机电陀螺在军事上的运用
（三）微机电陀螺是载具姿态测量的重要器件
目前国外的微机电陀螺已经广泛应用在航空载具上了， 例如美国BEI 公司的QRS116 高性能微机电陀螺已经成 功用于F-22 战斗机上，用于姿态测量。AIS 公司研制 的SiRRS 系列微机电陀螺已经应用于“阿帕奇”武装 直升机和A400M 运输机上
微机电陀螺仪的结构
公开的 MEMS 陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念。利 用振动来诱导和探测科里奥利力而设计的 MEMS 陀螺仪没有 旋转部件、不需要轴承，已被证明可以用微机械加工技术大 批量生产。绝大多数 MEMS 陀螺仪依赖于由相互正交的振动 和转动引起的交变科里奥利力。振动物体被柔软的弹性结构 悬挂在基底之上。整体动力学系统是二维弹性阻尼系统，在 这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的 能量转移到传感模式。
振动式微机电陀螺
• 改进方向：
（1）改进结构和工艺 （2）温度稳定性控制 （3）虚拟陀螺仪技术
JPL纯硅结构陀螺
JPL混合结构陀螺
转子式微机电陀螺
• 传统的转子陀螺与微机电系统技术相结合 的产物
微机电 系统技 术 静电陀 螺技术 静电悬 浮微陀 螺
微机电 系统技 术
动力调 谐陀螺 技术
调谐式 微陀螺
• 旋转中的陀螺仪会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。
科里奥利力原理图
科里奥利力原理图
微机械陀螺仪原理
• 如果物体在圆盘上没有径向运动，科里奥利力就 不会产生。因此，在 MEMS 陀螺仪的设计上，这 个物体被驱动，不停地来回做径向运动或者震荡， 与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变 化，并有可能使物体在横向作微小震荡，相位正 好与驱动力差 90 度。
ห้องสมุดไป่ตู้
陀螺的简化动力学模型
微机电陀螺的现状
• 陀螺仪是惯性导航中一种重要传感器， 能 检测载体相对惯性空间转动角速度或绝对 角度，是惯性导航与制导、运动系统的姿 态监测与稳定控制的核心部件。
微机电陀螺的现状
• 陀螺仪的核心技术指标是零偏稳定性按照 零偏稳定性的大小可分为：
惯性级（小于0.01°/h）
战术级（0.1~10°/h）
“海狼”舰载防空导弹
NLAW 反坦克导弹
微机电陀螺在军事上的运用
• （二）微机电陀螺是惯性稳定平台的重要 部件
• 陀螺用于测量敏感平台相对于惯性空间的 角速率，稳定平台根据陀螺测得的惯性角 速率，输出一个反向作用力以抵消载体运 动的影响， 从而保持平台的姿态稳定。
微机电陀螺在军事上的运用
例如：美国BEI 公司 研制的固态石英音叉 型 振 动 陀 螺 QRS116 已经应用到“捕食者” 无人机的稳定平台中
微机电陀螺在军事上的运用
QRS116用于F-22 战斗机
SiRRS 应用于“阿帕奇” 武装直升机
SiRRS 应用于A400M 运输机
微机电陀螺研究发展趋势
• 微机电陀螺仪起步于20世纪80年代后期， 经过20多年的努力，微机电陀螺仪技术取 得了长足的进步与发展。已开发研制出数 十种微机电陀螺。
振 动 式 转 子 式
QRS116 已经应用到“捕食者” 无人机的稳定平台
微机电陀螺在军事上的运用
Honeywell 公 司 研 制 的 新型两轴微机械陀螺 GG5200 已 替 代 传 统 的 机 械 陀 螺 应 用 到 Stryker 装甲车的炮塔稳定平台 中，三轴微机械陀螺 GG5300 则被应用于美国 M1 主战坦克的炮控稳定 系统中
其中 T EK EP 即为拉格朗日函数，EK 为广义坐标系下 的敏感质量块的动能，EP 为广义坐标系下的敏感质量块的 i 为广 qi 为广义坐标系下敏感质量所受外力，T x 势能， i 为广义速度， xi 为广义坐标。 义动量，x
微机电振动式陀螺动力学
• 驱动方向的驱动力由外部提供，质量块在 敏感(检测)方向因哥氏力作用产生位移。
速率级（大于10°/h）
微机电陀螺的特点
体积小
可批量 生产
成本低
可靠性 高
功耗小
微机电陀螺在军事上的运用
• （一）微机电陀螺是精确制导武器的核心 元件 • 以精确打击为目的的制导武器成为军队装 备系统的核心。微惯性组合是发展新型弹 药和对现役装备进行制导化改造的关键基 础部件。
微机电陀螺在军事上的运用
转子式微机电陀螺
谐式微陀螺结构示意图
转子体三环结构
介质类微机电陀螺
• 声表面波陀螺
通过检测声表面波则实现了角速率的测量
• 微流体陀螺
结合MEMS技术与传统的压电射流角速率陀螺
承受高过载 响应速度快
特点
寿命长 成本低
结论
目前国际上微机电陀螺技术已经发展较为成熟，多种微机 电陀螺产品性能已经达到了战术级，并在各项领域得到了 广泛应用，实验室研究水平也已经突破了惯导级。但是基 于目前的工艺水平，微机电陀螺精度依旧有很大的发展潜 力，我们可以通过对其进行误差特性分析、优化结构设计 等方法提高其可用精度。