在蘋(píng)果的iPhone4手機面市前,有多少人了解MEMS技術(shù),了解MEMS產(chǎn)品?相信除了專(zhuān)業(yè)人士,了解的人不多。
隨著(zhù)iPhone4的暢銷(xiāo),由于iPhone4里面有MEMS陀螺儀,喜歡游戲的人馬上就有了與以往不同的感受,游戲更加逼真。
繼第一個(gè)在手機中使用MEMS加速度計,蘋(píng)果再次第一次將MEMS陀螺儀用于手機中,給用戶(hù)帶來(lái)多重享受。
為了滿(mǎn)足工業(yè)、軍用和 醫療設備的要求精度極高的運動(dòng)檢測和控制,來(lái)支持穩定或導航應用,近期A(yíng)DI推出了兩款戰術(shù)級MEMS陀螺儀--ADIS16136戰術(shù)級 iSensor®數字 MEMS 陀螺儀、ADIS16488戰術(shù)級10自由度iSensor® MEMS IMU。
新款戰術(shù)級(零偏穩定度低于10°/小時(shí))iSensor MEMS 陀螺儀,無(wú)需用戶(hù)配置就能產(chǎn)生精密準確的速率檢測數據,使得快速開(kāi)發(fā)平臺穩定控制、導航、機器人、醫療儀器儀表等對精度要求非常高的應用成為可能。
尤其要提到的是ADIS16488集成了一個(gè)三軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計、一個(gè)三軸磁力計和一個(gè)壓力傳感器,據悉性能甚至超過(guò)傳統軍用級IMU,完美體現了ADI的獨特工藝和技術(shù)。
以前受制于成本和尺寸,一直以來(lái)MEMS陀螺儀只在軍用設備、航天裝備、飛機導航定位以及汽車(chē)、醫療、環(huán)境等非價(jià)格敏感設備上使用。大家對MEMS知之甚少。
近年來(lái),隨著(zhù)制造工藝的成熟,核心ASIC設計的改良以及封裝技術(shù)的突破,價(jià)格和尺寸不斷下降,MEMS陀螺儀開(kāi)始進(jìn)軍消費電子市場(chǎng),并且在消費類(lèi)電子產(chǎn)品和玩具,如數碼相機、遙控飛機、懸浮飛碟、平衡機車(chē)中使用。
2010年蘋(píng)果在iphone4上率先采用了MEMS陀螺儀,標志著(zhù)MEMS陀螺儀正式進(jìn)入了手機這一全球最大消費應用市場(chǎng)。
正是由于蘋(píng)果在手機中使用MEMS器件,人們才開(kāi)始真正認識MEMS慣性器件。
事實(shí)上,MEMS技術(shù)發(fā)展有很多年了。MEMS在當今世界上有著(zhù)許多至關(guān)重要的應用。
MEMS壓力傳感器是第一類(lèi)批量應用的產(chǎn)品,用于負責監測數以?xún)|計的發(fā)動(dòng)機歧管和輪胎的壓力。
MEMS加速度計在20世紀90年代就已進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域,用于安全氣囊、翻滾檢測以及汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統,。如今MEMS 加速度計又進(jìn)入了消費電子領(lǐng)域里的運動(dòng)感應,如視頻游戲與手機。
MEMS微鏡光學(xué)執行器用于投影儀、HDTV以及數字影院。
MEMS硅微麥克風(fēng)也開(kāi)始進(jìn)入手機、藍牙耳機、個(gè)人計算機以及數碼相機等消費類(lèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)。
有些人對于MEMS陀螺儀和加速度計的概念還很模糊,認為MEMS陀螺儀的出現會(huì )取代加速度計。下面筆者給出一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)法,以方便大家認識。
MEMS加速度計,用來(lái)測量物體的線(xiàn)性加速度和地心引力,能計算出物體移動(dòng)過(guò)程中的激烈程度,偵測物體移動(dòng)的行為,卻無(wú)法測量物體在移動(dòng)中的偏航、傾斜和滾動(dòng)的狀態(tài)。
MEMS陀螺儀,也叫角速度計,用來(lái)測量物體圍繞某個(gè)軸發(fā)生的旋轉,能間接地測量角位移和速度,也能知道物體在移動(dòng)中的偏航、傾斜和滾動(dòng)的狀態(tài)。
從上面可以看出,兩者的作用不同,在本質(zhì)上具有互補關(guān)系。如果將MEMS陀螺儀與加速度計整合在一起,則能更完整的傳感出物體的運動(dòng)狀態(tài)。
在MEMS陀螺儀和加速度計的基礎上,再整合磁力計,通過(guò)均衡這三者的優(yōu)勢還可以實(shí)現GPS導航功能,使用陀螺儀記錄汽車(chē)轉彎方向以及坡度,磁力計對磁場(chǎng)數據進(jìn)行補償、校準,這樣可以在信號微弱或者完全沒(méi)有信號的環(huán)境下提供導航服務(wù),作為現有GPS系統中的輔助功能。同時(shí)也可通過(guò)手機提供室內導航服務(wù),比如在商場(chǎng)或購物中心可以讓你知道你現在的位置,并通過(guò)立體直觀(guān)的界面指引你到你想去的位置。
目前MEMS的應用領(lǐng)域中處于領(lǐng)先的有汽車(chē)、醫療和環(huán)境,保持增長(cháng)的應用領(lǐng)域有通信、機構工程和過(guò)程自動(dòng)化,已經(jīng)開(kāi)始萌芽的應用領(lǐng)域有家用/安全、化學(xué)/配藥和食品加工領(lǐng)域。
而有巨大應用前景的應用領(lǐng)域將是工業(yè)、信息和通信、國防、航空航天、航海、醫療和物生工程、農業(yè)、環(huán)境和家庭服務(wù)。
相信隨著(zhù)MEMS器件的小型化,MEMS器件將更進(jìn)入更多的領(lǐng)域,也許將改變我們的生活。
附注:MEMS 陀螺儀如何選用:
陀螺儀在選用時(shí),必須注意被測參數的物理環(huán)境和必要的性能指標。具體要求如下:
1、性能要求
⑴隨機漂移、隨機游走系數、輸出噪聲
不同結構形式、不同原理的陀螺儀的對漂移率定義和要求不同,機械式陀螺儀精度使用的是隨機漂移,光纖陀螺儀使用的隨機游走系數。
隨機漂移——指由隨機的或不確定的有害力矩引起的漂移率。
隨機游走系數——由白噪聲產(chǎn)生的隨時(shí)間累計的陀螺儀輸出誤差系數。
MEMS 陀螺儀使用的輸出噪聲這個(gè)指標。并且一定要選定合適的帶寬,在能滿(mǎn)足使用要求的前提下,盡量選擇帶寬較低的陀螺儀,因為帶寬越大,輸出噪聲越大。
⑵測量范圍
選擇陀螺儀的量程時(shí),應注意以下幾點(diǎn):
最大輸入角速率——陀螺儀正、反方向輸入角速率的最大值,在此輸入角速率范圍內,陀螺儀標度因數非線(xiàn)性滿(mǎn)足規定要求。
⑶閾值——陀螺儀能敏感的最小輸入角速率。由該輸入角速率產(chǎn)生的輸出至少應等于按標度因數所期望輸出值的50%。
⑷分辨率——陀螺儀在規定的輸入角速率下,能敏感的最小輸入角速率增量,至少應等于按標度因數所期望輸出增量的50%。選擇陀螺儀的測量范圍時(shí),最大的角速率是陀螺儀的量程的2/3,最小的角速率應該高于閾值、分辨率。
⑸標度因數——陀螺儀輸出量與輸入角速率的比值。
它是用某一特定直線(xiàn)的斜率表示的,該直線(xiàn)是根據整個(gè)輸入角速率范圍內測得的輸入、輸出數據,用最小二乘法擬合求得。
⑹標度因數非線(xiàn)性度——在輸入角速率范圍內,陀螺儀輸出量相對于最小二乘法擬合直線(xiàn)的最大的偏差與最大輸出量之比。
2、環(huán)境要求
⑴溫度范圍要求,必須滿(mǎn)足陀螺儀使用的極限溫度。
⑵線(xiàn)加速度與沖擊。必須滿(mǎn)足陀螺儀極限溫度
⑶振動(dòng)條件,分為正弦振動(dòng)、隨機振動(dòng)。
3、基本物理參量
主要指重量、體積、功率以及能源種類(lèi)等方面的要求。
4、可靠性和壽命。
指的是抗沖擊、抗干擾的能力和有效的使用時(shí)間。 |