テクノロジー

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最先端のMEMSジャイロセンサの探求:

高性能慣性センシングを革新

MEMSジャイロセンサ:回転軸が固定されているものであれば、タコメータやポテンショメータをその回転軸に設置することによって角度、もしくは角速度を得ることができますが、空間内を移動する物体(飛行機、船、車など)では、回転軸を持たず、自由に動きますので、タコメータ、ポテンショメータは使えません。 このようなアプリケーションにおいて角度もしくは角速度が知りたいときにジャイロセンサが用いられます。

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ジャイロセンサ

Silicon Sensingのジャイロセンサの歴史

弊社の全てのMEMSジャイロセンサは、コリオリ力を利用して回転速度を検出する、独自で特許取得済みのVSG共振リング技術を使用しています。 1990年代後半に、Silicon Sensingは初のMEMS VSGを世界に先駆けて開発しました。

それ以来、20年以上にわたり、2,000万個以上のMEMSジャイロセンサを販売しています。

VSG技術は、電磁誘導型、静電容量型、圧電型の3世代に渡って進化してきました。 この技術の進化により、コストパフォーマンスに優れた高精度のチップスケールセンサーであるPinPoint®から、FOGグレードの高性能MEMSジャイロモジュールであるCRH03やCRS39に至るまで、幅広いMEMS VSGジャイロセンサを提供することが可能になりました。

慣性センサ技術の発展:

ジャイロセンサの歴史

ジャイロセンサは20世紀初頭に機械式ジャイロセンサの形で最初に登場しました。 これらの装置は、慣性空間内での位置が固定されるように支持された回転質量を利用し、支持構造体の回転を測定することができます。 高精度が求められる現代のアプリケーションでは、ダイナミックチューンドジャイロ(DTG)などの機械式ジャイロセンサが今もなお使用されています。

1970年代、光学ジャイロセンサが市場の注目を集めました。 RLG(Ring Laser Gyroscope)およびFOG(Fiber-Optic Gyroscope)は、固定された経路に沿って反対方向に反射される光の位相のずれを利用して角速度を検出します。

慣性センサ市場は非回転型「ソリッドステート」レートセンサの出現により変革を遂げました。 1990年代に、Silicon SensingはVSG(振動構造ジャイロ)の発売を通じてソリッドステートジャイロセンサの商業化に先駆けた原点の一つでした。

Silicon SensingのMEMS VSGジャイロにおける革新:

精度を極める

当社の全てのMEMS VSGジャイロセンサは、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)プロセスを用いて製造された振動するまたは共振するリングを利用する、革新的な方法を採用しています。 リングは、8組の対称的なスポークによって精巧に支持されています。 当社独自の特許取得済みリング設計と組み合わされたこの製造技術は、厳密な公差の幾何学的特性を保証し、精密なバランスと耐温度安定性を実現します。

当社のデザインは、干渉やスティクションを引き起こす小さな隙間を排除する点で、他のMEMS VSGジャイロセンサと一線を画します。 これにより、温度、振動、衝撃に関わらず、比類のないバイアスとスケールファクターの安定性を備えた高品質な製品を生み出すことができます。 さらに、当社の特許取得済み設計は、一般に「G感度」と呼ばれる加速度誘発レート誤差に対しても優れた効果を発揮します。

MEMS VSG ジャイロの内部:

先駆的な技術

当社のMEMS VSGジャイロセンサの核心は、シリコンリングの周囲上面に配置されたアクチュエータとトランスデューサの統合にあります。 これらのコンポーネントはスポークに埋め込まれたトラックを介してシリコンのボンドパッドに電気的に結合されています。 これらのアクチュエータは二重の機能を果たし、リングをCos2θ振動モードに「駆動」させる (濡れた指でワイングラスをこするように、振動して「鳴る」) 、またはリング周辺の半径方向の動きを「検出」します。 この半径方向の動きは、主駆動アクチュエータまたはコリオリ力効果によって引き起こされる可能性があります。特に、ジャイロセンサが検出軸を通る回転運動をしているときに発生します。

最先端のトランスデューサ技術と二次ピックオフトランスデューサの統合により、VSGの信号対雑音比(S/N比)が顕著に改善されます。 結果として、 類い稀なバイアスインスタビリティとアングルランダムウォーク(ARW)性能を持つ超低ノイズデバイスを実現しました。

最先端のMEMS加速度センサーについて学ぶ:

高性能慣性センサーを再設計する

固定された参照点がないアプリケーションにおいて、特に直線運動の精密な測定が不可欠な場合、MEMS加速度センサは極めて重要な役割を果たします。

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MEMS加速度計の精度:

直線運動をデコードする

固定された参照点がないアプリケーションにおいて、特に直線運動の精密な測定が不可欠な場合、MEMS加速度センサは極めて重要な役割を果たします。 MEMS加速度センサは、取り付けられた物体の直線加速度を測定します。 加速度は通常 m/s² で測定されますが、加速度センサでは重力の単位を表す「g」が使用され、1g は 9.81m/s² に相当します

すべての加速度計の基本原理は、バネ上の質量に基づいています。 取り付けられた物体が加速すると、質量はその慣性により静止しようとし、その結果バネが伸びたり縮んだりします。 この動作により、加えられた加速度に相当する力が生成され、それが加速度センサによって検出されます。

Silicon Sensing製加速度センサの技術

移動精度

弊社の加速度センサは、バネ付き「プルーフ」質量を特徴とするシリコンMEMS検出器の一対によって、精密な直線加速度検出を実現しています。 各質量は、複雑に交差する「フィンガー」の配列によって形成される可変静電容量内の可動プレートとして機能します。 この設計は、Gemini® MEMS二軸加速度センサとMEMS CMSコンビセンサに適用されています。

センサの感度軸に沿って直線加速度が加わると、質量は自身の慣性によって動きに対して抵抗します。 結果として、質量とそのフィンガーは固定された電極フィンガーに対して相対的に移動し、フィンガー間のガスが減衰作用を発生させます。 この変位は、移動するシリコン製フィンガーと固定されたシリコン製フィンガー間の静電容量変化を誘発し、この測定値は加えられた加速度に比例します。

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