标签: mems陀螺仪

首先说一下寻北仪的工作原理，它是利用陀螺仪测量地球的自转角速度的分量结合加速度的值，经过计算与真北方向的夹角，从而得到方位值。 目前能够测量到地球角速率的陀螺仪有动调、光纤、激光，这些陀螺都可以作为寻北方案。那能用MEMS陀螺仪做寻北吗？NO! 有的MEMS陀螺仪标称精度也很高，达到1度/h、0.5度/h，和动调、光纤的指标不相上下。但是请注意，这个精度指标是陀螺的随机漂移。 MEMS陀螺仪的分辨率现在大概能做到0.005度/s就相当不错了，但是地球自转的角速率是15度/h=0.00416度/s，它们在同一数量级上。如果要寻北精度达到1度，分辨率的指标必须优于15度/h两个数量级以上才有可能。陀螺仪的分辨率和随机漂移两个指标都很重要，不要混淆了。 结论就是MEMS的分辨率达不到寻北要求，但是随机漂移可以优于15度/h。随着科技的发展，也许有一天也可以用MEMS陀螺做寻北，那大家只能坐等若干年之后吧。

iPhone 4再掀陀螺仪热 　　陀螺仪因为能够探测方位、水平、位置、速度和加速度等的变化，因而广泛应用于航空、航天、航海、兵器(如导弹的惯性制导)等军事领域。陀螺仪也历经了从三轴高速旋转的机电式陀螺仪到激光、光纤等固态陀螺仪的发展，直到MEMS陀螺仪的兴起，陀螺仪才放下了高贵的身段，从高端的军事应用走入大众化的消费电子产品市场。 　　陀螺仪的道理并不新鲜，它与三四十年前最流行的玩具之一——陀螺一样，旋转越快越稳定。但它却足够神奇。十年前，赛格威(Segway)电动车问世时，人们对于站在两轮同轴的电动自行车上的骑行者高超的平衡技巧惊叹不已，而真正的幕后功臣则是陀螺仪。 　　之后，陀螺仪又出现在孩子们的玩具中，2006年11月，任天堂推出了Wii游戏机，给人带来较为真实的乒乓球等运动游戏。尽管Wii在性能上远远比不上索尼和微软的游戏机，但因为嵌入的MEMS陀螺仪为Wii带来了全新的游戏感受，因而在销量上接近微软和索尼游戏机销量的总和，让被索尼和微软挤压多年的游戏界老前辈任天堂得以出口恶气。由于Wii可以通过互联网来进行比赛，因而称之为物联网设备也不算牵强。 　　从技术上说，应该是MEMS成就了任天堂。如果没有应用MEMS技术制造的陀螺仪，那么，手持式游戏控制器的狭小空间是难以容纳陀螺仪的。退一步说，即便是陀螺仪能够放进去，原来的乒乓球游戏也就变成了健身游戏，因为陀螺仪的重量足以让游戏控制器变成哑铃。 　　在历经了首款iPhone问世时的惊艳，以及后续升级换代的改善后，审美疲劳应该是乔布斯面临的最大挑战。于是乎，苹果在刚刚发布的iPhone 4中依葫芦画瓢，把MEMS陀螺仪嵌到手机中。但是与任天堂Wii的控制器与显示器相互独立不同，iPhone 4集控制器与显示器于一身，在玩运动游戏时，手眼很难兼顾，除非iPhone 4利用无线去连接外部显示器。有报道说，由于GPS进入隧道后会因为电磁波被屏蔽而失去作用，这时iPhone中的陀螺仪就能大显身手了。 　　当然，这个卖点的充要条件必须是，隧道中遍布岔路口。否则，一旦进入隧道，不管你愿意不愿意，有没有GPS或者iPhone， 都得硬着头皮走到底。 　　最近，iFixit网站在暴力拆解iPhone4时发现，iPhone 4使用的是意法半导体公司生产的MEMS陀螺仪芯片——AGD1 2022 FP6AQ。但在意法半导体网站查不到这款芯片，最终在iFixit为该芯片做了一个全身X射线透视后，“潜伏”很深的3轴MEMS陀螺仪终于暴露。 HI-MEMS：一半是昆虫一半是机器 　　2010年1月美国加州大学伯克利分校的研究人员做了一个演示。他们将6个神经电极刺入犀牛甲虫的蛹中，当犀牛甲虫成熟后，它们就能接收电信号。实验人员通过无线电可以遥控犀牛甲虫进行起飞、着陆，向前向后飞行，向左向右转弯。鉴于微型控制板和电池的总重量为1.3克，而犀牛甲虫能够携带大约3克的物体飞行，因此，犀牛甲虫还有很大的余力来携带微型的传感器、摄像头或者麦克风等装置。 　　这个项目是美国国防部高技术计划局(DARPA)资助的“混合昆虫微机电系统”(HI-MEMS)项目。   美国HI-MEMS项目                                                                                                             然而，这种创新在很大程度上令人担忧。 德州理工大学一份2005年的MEMS设计图 皮星：太空中的无线传感网 　　重量，长久以来被视为是卫星同时也是运载火箭的重要指标之一。从苏、美、法、日、中、英等国第一颗人造地球卫星重量为数千克到上百千克，到2002年欧洲航天局发射的重达8000千克的环境监测卫星 “恩威萨特”号，与重量逐步增加的是卫星性能的持续增强。 　　但是近些年来在卫星高(性能)、大(体积)、全(功能)的发展主流之外，卫星的超微化引起了人们的重视。微小卫星大致上是以重量分类的：纳星的重量在10千克~1千克之间，皮星的重量在1千克~100克之间，低于100克的被称之为飞星。 　　“麻雀虽小，五脏俱全”。卫星所具有的电池、轨道控制和定位系统、无线电通信系统等自身控制功能，超微型卫星一应俱全，如果没有MEMS技术，这是难以实现的。 　　超微卫星因为重量轻，发射费用较之常规卫星呈数量级下降，卫星的制造成本也显著下降，以至于一些高校也有财力来制造卫星。在我国，哈工大和清华大学发射过纳星，浙江大学则发射过一颗皮星。 　　而超微卫星最大的好处是可以像分布式计算机系统那样，将多颗卫星作分布式布局。这样不但可以提高可靠性，当数量足够多时，性能还可以超过单颗常规卫星，而且，可以通过适时发射搭载新的应用的超微卫星来升级超微卫星网络，而常规卫星发射后，很难增加新的应用。超微卫星还有一个优势是：一旦失效，在重返大气层时就会完全烧毁，而前文中提到的重达8000千克的“恩威萨特”号到了2013年将会失效，现在人们已经开始担心这个庞然大物坠毁时的安全问题。 　　星云状分布的超微卫星网络与无线传感器网络相差无几，区别在于，一个天上一个地下，一个较贵一个较便宜罢了。 MEMS：传感器的微雕技艺 　　人通过感觉器官来感知自然界的多姿与多彩。而人的感觉器官常常被等同于五官。人的感觉器官主要是眼、耳、鼻、舌、皮肤等5种，但与人们常说的眼、耳、鼻、口、舌这五官还是有区别的。这五种感知器官主要感知的是光、机械、热等物理量，当然鼻和舌兼具感知化学量(如酸等)的功能。 　　自然界中绝大多数物理量和化学量的变化都是连续的，因而被称之为模拟量。而当今的计算机(有别于模拟计算机)能够识别、处理、存储的却是离散量，或者说数字量，而且在计算机的信息处理的大部分过程中，信息都是以电为载体的。因此，就需要传感器来进行转化。 　　通俗地说，传感器就是将非电量的模拟量转化成模拟的电信号。而这些转换后的模拟电信号通常十分微弱，因此需要通过放大器放大后，再经模/数转化器转换成数字信号，从而被计算机所识别和处理。 　　传感器对于物联网之所以重要，是因为传感器在信息空间与自然界之间搭建了一个沟通的桥梁。既然人对自然界的日常感受大都以物体的物理属性为主，那么，在庞大的传感器家族中，物理量传感器的种类和数量要远远超过化学量、生物量等非物理量传感器。 　　传感器有多种分类，如按被测量(位移)、被测参数(加速度传感器)传感材料(半导体传感器)、敏感机理(电容传感器)，甚至按应用类型(汽车传感器)来分类。 　　半导体传感器因能探测多种物理量且制造容易，而得到了较为广泛的应用，但它也仅能覆盖传感器家族的一部分，而且，在有些物理量的测量精度上也不能达到最佳效果，比如说，在温度测量方面，精度要远远落后于热电耦。 　　正是因为很多传感器的敏感材料难以用硅来替代，而传感器又都面临着小型化乃至微型化方面的强劲需求，所以MEMS有了大显身手的机会。 更多内容，欢迎大家来与我探讨   http://bj01.sensorexpert.com.cn

     MEMS加速度计和陀螺仪在消费电子和手机上得到广泛应用。同时，随着业界对MEMS传感器认知的日益提升，目前正进入新一波采用MEMS传感器的时期。MEMS的第一波应用是1990年代的汽车安全系统；第二波应用是始于2000年的消费电子产品，目前MEMS加速度计产品较为成熟，3轴陀螺仪也即将大热；而下一个十年，MEMS传感器的第三波应用将开始出现在医疗、工业器械等领域。      由于经济衰退影响，众多产业受到严重冲击，传统大宗的MEMS应用领域，诸如喷墨头、汽车等走向低迷。尽管个人对消费电子的投入减少，但MEMS惯性传感器依然在消费电子和手机上得到广泛应用。2007年，MEMS加速度计面向消费电子设备的出货显著起量。迄今，其增长速度依然迅猛，而且尽管大部分的MEMS加速度计已被应用于智能手机，但其在该市场的发展态势保持强劲。       Suppli的数据显示，2009年有3亿8千万个加速度计被应用于手机领域，而超过1亿个发货到中国。   陀螺仪方面，随着全球首款数字3轴陀螺仪2009年在任天堂WiiMotionPlus的成功，陀螺仪的出货也大幅增长。   消费电子和手机的MEMS产量正直线增长，同时随着功能性增加和器件复杂度不断提升，产能和器件生命期显得愈加重要。   今天的MEMS器件供应商在消费电子上的成功依赖于多方面因素，除了杰出的技术水平、对应用的深刻理解和较高的产品质量外，还要尽量地与客户靠近并了解他们的现实需求。因为，供应商即使提供可满足应用所有需求的产品仍无法能够保证可获得商业上的成功，要保持这种增长需要供应商具有一系列的产品组合及相关软件支持以确保客户的专门要求能获得优化的解决方案。组合产品之间的相互兼容，以及可移植性是整合高效系统所必要的。同时，可靠而灵活的产品供应能力对于客户的成功来说也至关重要。   寻觅MEMS下一代杀手级应用   MEMS未来将在消费类电子和手机应用上寻获更多的机遇。例如，带微型投影功能的手机、RFMEMS开关、MEMS振荡器、MEMS麦克风和MEMS扬声器等都是驱动因素。尽管MEMS在消费电子和手机的应用在未来将继续坐大，但一些实力雄厚的公司已开始转变其市场策略，将应用目标扩展到其他领域。   有关人士认为2010年MEMS市场增长最快的应用领域依次为工业和过程控制(34%)、消费电子和手机(25%)、医疗电子(14%)以及汽车(10%)。

传感器的技术的发展呈现出一种什么样子的现象呢? 是否也循着摩尔定律的定义 ? 如果你想了解随着时间温度传感器的变化，你会发现最根本的原理是没有变化的，而尺寸，元器件，封装和集成度却发生着明显的改变。几乎所有的传感器都是这样变化的。   现代光电传感器工作原理与十年前的一样，但是现在更小，性能更好而且更可靠。接近传感器？感知各种金属而且感应范围广。振动传感器？选取了合适的带宽你可以找到合适的传感器。压力传感器？压力传感器有很多选择方式，输出信号，工作环境等。随便任何一款旧版本的传感器都可以找到更小，更快和更可靠的新版本。   同样的过程也发生在MEMS传感器身上。对比五年前的MEMS加速度传感器和现在的，你会发现新版本有着类似于可编程的测量范围，内置自检装置，多种信号调节模式和通讯方式。下一代MEMS陀螺仪改进并且集成在手机设备中。（不要惊讶于多种传感器集成在一个芯片上，已经有这样的产品并且会越来越多）。   传感技术越来越成熟，但是还是不断的推陈出新，期待下一次会有什么新变化, 纳米技术, 生物电子 ......

尽管MEMS技术在安全气囊和汽车压力传感器中应用了仅20年，然后就被应用在任天堂的Wii和Apple的iPhone中，然后现在就到了如何使得这类 传感器 得到更广泛的应用。   这些传感器主要应用在产品终端需要监测加速和减速的信息，这是从技术角度的描述，其实 MEMS加速度传感器 和 MEMS陀螺仪 有着更广泛的应用，包括医疗设备，工业设备，消费电子和汽车电子。   如果我们能更了解这五种模式---加速度（包括直线运动），振动，震动，倾角和旋转---这样可以创造出更多的应用。   例如，一个 加速度计 可以根据自己监测到的终端状态来做出相关的反应，比如监测到非工作状态，就给设备发出信号，调整电源到低功耗模式。复杂的以及按钮将被姿态识别界面所代替，终端操作通过姿态控制变得更精确。例如，当罗盘在手上时会做出倾角补偿。   加速度，振动，震动， 倾斜 和转动-除了转动，其它全是一个时段内加速度的不同状态。但是不能直观的从加速/减速中得到这些信息，了解每种状态可以更好的发挥其功能。    加速度计（包括直线运动）测量的是单位时间内速度的变化。速度描述为米每秒（m/s），包括位置变化和运动方向的变化。加速度 传感器 的单位是米每平方秒(m/s2)。加速度为负值---当司机准备停车时降速---减速。   振动在某种意义上被看作某个周期内快速的加速和减速。同样的，震动是瞬间的加速，但是不同于振动，震动是非周期的而且只发生一次。   当一个物体发生倾斜时，位置和重力发生变化，不过这种变化相对于振动和震动来说非常慢。MEMS加速度传感器通过测量不同轴的重力信息得到 倾角 信息。   现代先进的技术是的MEMS 传感器 越做越小，低G级个高G级都有，且有宽的带宽，增加了很多应用领域，低G传感器范围20g用于测量人产生的加速度。高G范围的加速度 传感器 用于测量机器或者汽车产生的加速度。   转动测量的是角速率的变化，这个模式不用于其它因为旋转的变化不会引起加速度的改变。例如，一个三轴传感器，X,Y轴平行于地球表面，Z轴垂直，这种情况下，Z轴测量是1g，X,Y轴为0g。旋转Z轴，X,Y轴不变，这种情况下，Z轴测量的还是1g。MEMS陀螺仪用于感知这种转动。因为某些终端产品需要知道转动信息。陀螺仪可以内置于惯性测量单元中。