发 帖  
原厂入驻New

[经验] 什么是MEMS(微机电系统)陀螺仪?

2019-9-12 09:05:05  350 MEMS 半导体
分享
0
什么是MEMS?MEMS = micro-Electro-Mechanical System, 是用半导体技术,在半导体材料上刻蚀出来的微机械结构。下图左边是MEMS制程做出的微机械齿轮与螨虫的大小对比,右边是一个200um的微机械风扇叶片放大图。

   

相关经验

水木清华pretty 2019-9-12 14:48:00
2.科氏力(科里奥利力)
科里奥利力(Coriolis force)有些地方也译作哥里奥利力,简称为科氏力。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。1835年,法国气象学家科里奥利提出,为了描述旋转体系的运动,需要在运动方程中引入一个假想的力,这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后,人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理旋转体系中的运动方程,大大简化了旋系的处理方式。科里奥利力实际上是不存在的,是由于人处在转动系中时,所认为的匀速直线运动与惯性系中的匀速直线运动不同所致。
   

下图上半部分是人在转动的圆盘上观看小球的匀速直线运动,是一条直线;下半部分是转动的圆盘外的人看到的小球的匀速直线运动是一条弧线。

         
科氏力与直线运动和角速度运动存在如下的关系:


回复

举报

柱子图宁 2019-9-12 14:48:04
3.MEMS陀螺仪的工作原理,
(1)示意图

静止时的弹簧质量块系统如上图(a),当匀速直线运动的质量块系统被圆盘带动旋转时,因为科氏力的原因,弹簧受力形变,其形变方向与直线运动以及旋转方向,满足向量乘法关系。弹簧形变的大小就是科氏力的大小,直线运动的大小是已知的
(人为控制的),依照科氏力的公式,就可以计算出角速度值。图例如上图(b)
      
下面是MEMS 陀螺仪 IC的内部结构,只有Z轴。

IC内部有两个电场驱动的上下振荡运动的质量块,其振动频率一样,但方向相反。IC静止时,其振荡频率是固定的,一般设定为30KHz左右,这时IC边缘刻度盘上可变电容的读数C是固定不变的,当IC作旋转运动时,因为受到了科氏力的影响,质量块的振荡频率会变快或者变慢,对应的可变电容的读数会变大或者变小。通过ADC电路可以测量出可变电容的数值变化,也就得到了科氏力的大小,质量块的振荡频率是已知的,使用科氏力的公式,就可以算出角速度值了。在IC内部这些计算是逻辑电路实现的,我们直接从寄存器中就可以读出角速度的值了。

针对X,Y轴,原理跟Z轴是一样的,只是质量块的振荡方向不一样而已,分别为左右、前后运动。
                                                                     
图12为实际的陀螺仪 IC内部显微图片

图13为陀螺仪 IC的剖面图,上半部分为MEMS晶圆,下半部分为CMOS晶圆


现在的MEMS工艺越来越先进,已经可以同时将3轴陀螺仪、3 轴加速度,甚至3轴磁力计封装在一个小小的IC里了。正是因为MEMS制程技术在陀螺仪应用上突破,开启了一个全新的传感器应用图境。

回复

举报

只有小组成员才能发言,加入小组>>

5个成员聚集在这个小组

加入小组

创建小组步骤

关闭

站长推荐 上一条 /10 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表