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MEMS技术的发展将改变什么
文章来源: 更新时间:2016/11/26 11:08:00
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在苹果的iPhone4手机面市前,有多少人了解MEMS技术,了解MEMS产品?相信除了专业人士,了解的人不多。
随着iPhone4的畅销,由于iPhone4里面有MEMS陀螺仪,喜欢游戏的人马上就有了与以往不同的感受,游戏更加逼真。
继第一个在手机中使用MEMS加速度计,苹果再次第一次将MEMS陀螺仪用于手机中,给用户带来多重享受。

为了满足工业、军用和 医疗设备的要求精度极高的运动检测和控制,来支持稳定或导航应用,近期ADI推出了两款战术级MEMS陀螺仪--ADIS16136战术级 iSensor®数字 MEMS 陀螺仪、ADIS16488战术级10自由度iSensor® MEMS IMU。
新款战术级(零偏稳定度低于10°/小时)iSensor MEMS 陀螺仪,无需用户配置就能产生精密准确的速率检测数据,使得快速开发平台稳定控制、导航、机器人、医疗仪器仪表等对精度要求非常高的应用成为可能。
尤其要提到的是ADIS16488集成了一个三轴陀螺仪、一个三轴加速度计、一个三轴磁力计和一个压力传感器,据悉性能甚至超过传统军用级IMU,完美体现了ADI的独特工艺和技术。
以前受制于成本和尺寸,一直以来MEMS陀螺仪只在军用设备、航天装备、飞机导航定位以及汽车、医疗、环境等非价格敏感设备上使用。大家对MEMS知之甚少。
近年来,随着制造工艺的成熟,核心ASIC设计的改良以及封装技术的突破,价格和尺寸不断下降,MEMS陀螺仪开始进军消费电子市场,并且在消费类电子产品和玩具,如数码相机、遥控飞机、悬浮飞碟、平衡机车中使用。
2010年苹果在iphone4上率先采用了MEMS陀螺仪,标志着MEMS陀螺仪正式进入了手机这一全球最大消费应用市场。
正是由于苹果在手机中使用MEMS器件,人们才开始真正认识MEMS惯性器件。
事实上,MEMS技术发展有很多年了。MEMS在当今世界上有着许多至关重要的应用。
MEMS压力传感器是第一类批量应用的产品,用于负责监测数以亿计的发动机歧管和轮胎的压力。
MEMS加速度计在20世纪90年代就已进入汽车领域,用于安全气囊、翻滚检测以及汽车防抱死制动系统,。如今MEMS 加速度计又进入了消费电子领域里的运动感应,如视频游戏与手机。
MEMS微镜光学执行器用于投影仪、HDTV以及数字影院。
MEMS硅微麦克风也开始进入手机、蓝牙耳机、个人计算机以及数码相机等消费类电子产品市场。
有些人对于MEMS陀螺仪和加速度计的概念还很模糊,认为MEMS陀螺仪的出现会取代加速度计。下面笔者给出一个简单的说法,以方便大家认识。
MEMS加速度计,用来测量物体的线性加速度和地心引力,能计算出物体移动过程中的激烈程度,侦测物体移动的行为,却无法测量物体在移动中的偏航、倾斜和滚动的状态。
MEMS陀螺仪,也叫角速度计,用来测量物体围绕某个轴发生的旋转,能间接地测量角位移和速度,也能知道物体在移动中的偏航、倾斜和滚动的状态。
从上面可以看出,两者的作用不同,在本质上具有互补关系。如果将MEMS陀螺仪与加速度计整合在一起,则能更完整的传感出物体的运动状态。
在MEMS陀螺仪和加速度计的基础上,再整合磁力计,通过均衡这三者的优势还可以实现GPS导航功能,使用陀螺仪记录汽车转弯方向以及坡度,磁力计对磁场数据进行补偿、校准,这样可以在信号微弱或者完全没有信号的环境下提供导航服务,作为现有GPS系统中的辅助功能。同时也可通过手机提供室内导航服务,比如在商场或购物中心可以让你知道你现在的位置,并通过立体直观的界面指引你到你想去的位置。
目前MEMS的应用领域中处于领先的有汽车、医疗和环境,保持增长的应用领域有通信、机构工程和过程自动化,已经开始萌芽的应用领域有家用/安全、化学/配药和食品加工领域。
而有巨大应用前景的应用领域将是工业、信息和通信、国防、航空航天、航海、医疗和物生工程、农业、环境和家庭服务。
相信随着MEMS器件的小型化,MEMS器件将更进入更多的领域,也许将改变我们的生活。

附注:MEMS 陀螺仪如何选用:
陀螺仪在选用时,必须注意被测参数的物理环境和必要的性能指标。具体要求如下:
1、性能要求
⑴随机漂移、随机游走系数、输出噪声
不同结构形式、不同原理的陀螺仪的对漂移率定义和要求不同,机械式陀螺仪精度使用的是随机漂移,光纤陀螺仪使用的随机游走系数。
随机漂移——指由随机的或不确定的有害力矩引起的漂移率。
随机游走系数——由白噪声产生的随时间累计的陀螺仪输出误差系数。
MEMS 陀螺仪使用的输出噪声这个指标。并且一定要选定合适的带宽,在能满足使用要求的前提下,尽量选择带宽较低的陀螺仪,因为带宽越大,输出噪声越大。
⑵测量范围
选择陀螺仪的量程时,应注意以下几点:
最大输入角速率——陀螺仪正、反方向输入角速率的最大值,在此输入角速率范围内,陀螺仪标度因数非线性满足规定要求。
⑶阈值——陀螺仪能敏感的最小输入角速率。由该输入角速率产生的输出至少应等于按标度因数所期望输出值的50%。
⑷分辨率——陀螺仪在规定的输入角速率下,能敏感的最小输入角速率增量,至少应等于按标度因数所期望输出增量的50%。选择陀螺仪的测量范围时,最大的角速率是陀螺仪的量程的2/3,最小的角速率应该高于阈值、分辨率。
⑸标度因数——陀螺仪输出量与输入角速率的比值。
它是用某一特定直线的斜率表示的,该直线是根据整个输入角速率范围内测得的输入、输出数据,用最小二乘法拟合求得。
⑹标度因数非线性度——在输入角速率范围内,陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大的偏差与最大输出量之比。
2、环境要求
⑴温度范围要求,必须满足陀螺仪使用的极限温度。
⑵线加速度与冲击。必须满足陀螺仪极限温度
⑶振动条件,分为正弦振动、随机振动。
3、基本物理参量
主要指重量、体积、功率以及能源种类等方面的要求。
4、可靠性和寿命。
指的是抗冲击、抗干扰的能力和有效的使用时间。

 
 
 
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