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如何正確分辨MEMS加速度計與MEMS陀螺儀?
- 2019-05-22-

MEMS陀螺儀測角速度的,MEMS加速度是測線性加速度的。前者是慣性原理,后者是利用的力平衡原理。加速度計在較長時間的測量值是正確的,而在較短時間內由于信號噪聲的存在,而有誤差。陀螺儀在較短時間內則比較準確而較長時間則會有與漂移而存有誤差。因此,需要兩者(相互調整)來確保航向的正確?,F在一般的姿態方面的慣性應用,如IMU(慣性測量單元),由三軸陀螺儀和三軸加速度計組合而成。

    技術成熟的MEMS加速度計分為三種:壓電式、容感式、熱感式。壓電式MEMS加速度計運用的是壓電效應,在其內部有一個剛體支撐的質量塊,有運動的情況下質量塊會產生壓力,剛體產生應變,把加速度轉變成電信號輸出。
  容感式MEMS加速度計內部也存在一個質量塊,從單個單元來看,它是標準的平板電容器。加速度的變化帶動活動質量塊的移動從而改變平板電容兩極的間距和正對面積,通過測量電容變化量來計算加速度。

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熱感式MEMS加速度計內部沒有任何質量塊,它的中央有一個加熱體,周邊是溫度傳感器,里面是密閉的氣腔,工作時在加熱體的作用下,氣體在內部形成一個熱氣團,熱氣團的比重和周圍的冷氣是有差異的,通過慣性

    熱氣團的移動形成的熱場變化讓感應器感應到加速度值。由于壓電式MEMS加速度計內部有剛體支撐的存在,通常情況下,壓電式MEMS加速度計只能感應到“動態”加速度,而不能感應到“靜態”加速度,也就是我們所說的重力加速度。而容感式和熱感式既能感應“動態”加速度,又能感應“靜態”加速度。

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從上面的分析中,我們可以看到利用容感式和熱感式加速度計進行定向時,加速度計測得的加速度里面包括重力加速度在各個軸上的重力分量和動態運動引起的加速度分量。因而,我覺得我們在利用這一類加速度計進行定向時,必須將動態加速度去掉(較為困難);在進行檢測芯片的運動時,必須將重力加速度的去掉。

   MEMS陀螺儀利用科里奧利力——旋轉物體在有徑向運動時所受到的切向力。假設旋轉物體有徑向速度Vr,那么將會產生切向科里奧利加速度。

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從上面的公式中,我們可以看到科里奧利加速度的大小是正比于物體旋轉的角速度。如果我們在切向安裝一個加速度計測出科里奧利加速度,那么我們就可以間接得到物體旋轉的角速度。實際的MEMS陀螺儀的設計如下圖。如果物體在圓盤上沒有徑向運動,科里奧利力就不會產生。

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因此,在MEMS陀螺儀的設計上,這個物體被驅動,不停地來回做徑向運動或者震蕩,與此對應的科里奧利力就是不停地在橫向來回變化,并有可能使物體在橫向作微小震蕩,相位正好與驅動力差90度。MEMS陀螺儀通常有兩個方向的可移動電容板。徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向運動(有點象加速度計中的自測試模式),橫向的電容板測量由于橫向科里奧利運動帶來的電容變化(就象加速度計測量加速度)。因為科里奧利力正比于角速度,所以由電容的變化可以計算出角速度。

      

 

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