3-in-1陀螺仪——EEJournal - 亚博首页官网手机登录,亚博yabovip2019进入

(编者注:这是第七个和最后的专题文章来源于一个会话在今年的globalfoundries,专注于传感器和能量收获。前一条处理自给自足的能量收割机。更多细节,你是指globalfoundries程序。)

我们最后看传感器带给我们或许最普遍和明显的传感器之一,这些天在电话:惯性测量单元(IMU),或者,让你的手机显示改变在机身当你旋转它。

IMU是一个通用术语,包括任何传感器检测到动量的变化,有三种典型类型:加速度计、陀螺仪、指南针。这三个可以在每个三维工作,给他们每个人3自由度(自由度),任何设备的典型营销节将所有三个传感器作为9 d或9自由度传感器,每个组件3。很容易接受和完成。

但是有点思想或一些在互联网上浏览会提醒你,即使你已经有了三个三维传感器,你只有六个自由度。

线性动量的加速器照顾,你有三维正交。哪三个是任意的,但是,如果你有重力作为参考,然后他们,显然,向上/向下,左/右、前/后。陀螺仪照顾角动量,其中有三个维度。再一次,他们是任意的,但是如果你有地平线或其他平面作为参考和前进方向,然后他们转动(左右旋转),距(上/下,上/下)和偏航(旋转在参考平面)。

所以你为什么不得到更多自由度的罗盘吗?因为没有更多的自由度。指南针是给你另一个视图的六个你已经拥有。为什么是有用的吗?

好吧,至少,它给了你另一个参考方向(重力加速度计可以检测):磁北。而且还帮助导航的方式诠释着的早期运输:航迹推算。

与基本的加速度计和陀螺仪,你有一个已知的起始位置,然后是传感器检测你的动作,横向和转弯。通过追踪这些,它应该能够告诉你你的最终位置。但航迹推算的弱点是,每个测量有误差,如果第一乐章后,您算错你的下一个位置,哪怕是轻微的,然后下一个运动是被跟踪从错误的地方。如果下一个运动有一个错误,你明白了。许多船由于积累误差最终将意想不到的地方。

指南针的优点是,它给你一个参考框架来帮助纠正这些错误。必须谨慎使用,因为有磁异常等取决于你在哪里,和它可能假设并不多发生在极本身。但这就是指南针给你——一个在测验你现有六个自由度。

加速度计和陀螺仪一般微机电系统设备和最简单的照顾一个维度。它们涉及大量的物质称为证据质量的惯性测量的基础。对于一个加速度计,悬臂是典型的;对于一个陀螺仪,音叉振动是一种常见的方法。最古老的单位,一个三维加速度计将涉及三个一维单元板。

对齐的挑战:他们需要精确90°彼此最好的准确性。装配公差可以使一个挑战。把三个独立单元在一个芯片上是一种进步,因为它们的同时,不能彼此旋转。

对于一个陀螺仪,您也有振动频率的问题。有三个质量振动的频率几乎是不可能的,会有一些差异和单位之间的相声,即使——或者尤其是,在相声中,他们在同一衬底。

理论上是不需要任何振动检测旋转。旋转产生两个虚构的力量:熟悉的离心力,这看起来将沿着旋转半径和科里奥利力,似乎把相反的方向旋转并没有直接联系。这是科里奥利力对感应旋转。

科里奥利力可能是更熟悉当讨论行星诸如天气、哪条路水的浴缸(后者表面上是一个神秘的应用程序),和炮弹轨迹(这将是无处没有军事应用程序)。这些案例涉及的东西不耦合旋转框架:空气或水。从外面看,如果你观察一片空气(与我)这不是移动,它会看起来像地球正在下面。但从人的角度在地球上,地球似乎还会和空气会出现移动。

在一个传感器都略有不同,因为证据的质量(比一块空气更容易观察)附加到旋转坐标系,所以如果是无限刚性(请不要要求一个正式的定义),它只会随着旋转,就不会有科里奥利效应。但是想象一下你有一个有弹性的悬臂不是典型的上/下方向,但在左右方向上,重量。如果你旋转整个事情,重量要留在原地,它可以因为有弹力的依恋,所以,从悬臂的角度来看,它看起来像重量对旋转的方向移动。如果旋转停止,然后春天带来的重量。

这里只有一个问题:真的很难(可能是不可能的)告诉是否体重似乎移动旋转或线性运动的结果。但如果你把悬臂和销结束它在中间而不是——一种跷跷板的安排,有两个重量,您现在可以区分。如果线性加速度,权重都似乎在同一方向移动。如果是角,他们将在相反的方向移动。(如果是,两端将不平等的数量。)

注意,这些影响不需要振动。有振动的优点是,你得到一个周期信号,这是更容易衡量和过滤器以达到所需的质量。我们说很小很小的动作证明质量,所以灵敏度和准确性是至关重要的。

具体的globalfoundries纸(是的,我们得到最终),由圣微电子和卢西亚诺Prandi et al帕多瓦大学的,讨论了陀螺仪的建造单证明质量提供所有三个自由度。这不仅完全负责的一致性问题,但它也可以节省空间。此外,只有一个振动质量证明,而不是三个。

如果你只有一个角测量尺寸,你可以仅仅依靠主振型。在传统的安排,三个音叉提供三个独立的主振动模式(忽略面内旋转的单独的挑战)。相比之下,与单一振动质量,该团队使用的主要模式驱动振动(和它驾驶目的);他们用二次感应旋转模式。

证明质量由四个梯形质量弹簧连接的转角和更多的泉水中央十字梁。振动驱动使用comb-finger致动器在两个对立。振动是感觉到在另外两个对立——感觉到振动(主模式)插入到反馈回路建立一个坚实的,稳定的振动。每一个梯形,从中心的主要模式,但他们在音乐会,所以整个单元时而扩张和收缩,给它取的名字“跳动的心脏”。