Что такое МЭМС-гироскоп?

Что такое MEMS-гироскоп?

MEMS-гироскоп — это устройство, созданное с использованием технологии MEMS.

MEMS означает «микроэлектромеханические системы». Гироскоп, также называемый датчиком гироскопа или гироскопом, — это датчик, который обнаруживает движение объекта и измеряет изменение угла за единицу времени.

Применение MEMS-гироскопов

MEMS-гироскопы — это электронные устройства, используемые в управлении ориентацией судна, управлении строительным оборудованием, а также в автомобильной навигации и системах стабилизации кузова. В этих приложениях определяются ориентация и азимутальные углы объектов.

К знакомым нам устройствам относятся смартфоны, цифровые камеры и игровые консоли. Существует множество приложений, которые двигаются в соответствии с движениями смартфонов, и MEMS обнаруживает эти движения.

MEMS-гироскопы используются для обнаружения движения контроллеров игровых консолей и в функции стабилизации изображения цифровых камер. Дроны, которые стали популярными в последние годы, являются еще одним типичным устройством, которое полагается на MEMS-гироскопы для своей функции.

В действительности, однако, ориентация контролируется инерциальным измерительным блоком (IMU), который также включает в себя гиродатчик.

Принцип гироскопа MEMS

Большинство гироскопов MEMS используют силу Кориолиса. Сила Кориолиса — это сила, действующая перпендикулярно направлению вибрации и оси вращения вибрирующего объекта, когда объект вращается.

Например, если объект массой m, движущийся с каждой скоростью ω, пытается двигаться со скоростью V, сила Кориолиса величиной 2mVω действует в направлении, ортогональном оси вращения и скорости. m — очень маленькая машина в МЭМС, поэтому масса m также очень мала, но скорость V может быть большим значением, поскольку резонансная частота высока. Скорость V может быть большой из-за высокой резонансной частоты.

В вибрационном MEMS-гироскопе MEMS-элемент подвергается вибрации, и сила Кориолиса обнаруживается, когда ω прикладывается извне в виде вращательного движения. Например, емкостный MEMS-гироскоп фиксирует изменение емкости, которое происходит, когда сила Кориолиса действует на электроды гребенчатой ​​структуры.

В то время как механические гироскопы, которые не являются MEMS-гироскопами, используют «принцип Кома», MEMS-гироскопы в основном основаны на вибрации.

Типы MEMS-гироскопов

MEMS-гироскопы выбираются в зависимости от области применения и условий использования, но существует четыре типа гироскопов с точки зрения структуры. Их можно разделить на четыре типа в соответствии со структурой того, что воспринимает силу Кориолиса: балки, звуковые излучатели, пластины и кольца.

Другая информация о MEMS-гироскопах

Отличия от IMU

MEMS-гироскопы используются в наших повседневных устройствах, таких как смартфоны, но в последних технологиях используется инерциальный измерительный блок, называемый IMU. Помимо дронов, которые перечислены в разделе «применение», IMU также используются в таких областях, как автоматизированное вождение транспортных средств, сельское хозяйство и дистанционное управление строительным оборудованием.

Помимо гироскопов, IMU включают в себя датчики ускорения и температуры. Наш трехмерный мир можно в целом описать поступательными и вращательными движениями трех ортогональных осей, представленных x, y и z соответственно. Гироскоп — это датчик, который обнаруживает вращательное движение этих трех осей.

Акселерометр — это датчик, который обнаруживает поступательное движение трех осей. IMU объединяет эти датчики и выполняет различные коррекции между датчиками. Инерциальный измерительный блок обеспечивает более стабильное и точное управление, чем при независимом использовании отдельных датчиков.