技术

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探索尖端 MEMS 陀螺仪:

革命性的高性能惯性传感水准

MEMS 陀螺仪,特别是 MEMS 角速率传感器,对于在没有固定参考点的情况下精确测量转动速度(°/s)至关重要。 这种特性是陀螺仪有别于转速表或电位计等传统旋转测量工具的优势所在。

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陀螺仪

我们的历史

我们所有的 MEMS 陀螺仪都使用独特的专利 VSG 谐振环技术,其原理是通过科里奥利现象检测转速。 20 世纪 90 年代末,Silicon Sensing 推出了第一款 MEMS VSG。

自那时起,我们已经供应了超过 2 千万个 MEMS 陀螺仪。这个庞大的数量足以证明产品的可靠性,许多陀螺仪在连续工作 20 年后仍能完美运转。

VSG 技术已经发展了三代 —— 电感式、电容式和 PZT。 这一发展历程使我们能够提供范围广泛的 MEMS VSG 陀螺仪,从 PinPoint® 等高性价比的精密芯片级传感器,到 CRH02 和 CRS39 等 FOG 级高性能 MEMS 陀螺仪模块。

惯性传感器技术的发展:

陀螺仪的历史

机械陀螺仪最早出现在 20 世纪初。 旋转中的质量块因为其惯性可以保持在空间中的位置不变。 机械陀螺仪利用了这一特性,测量旋转的质量块相对其支撑框架的旋转角度和速度。直至今日,当需要测量高精度时,DTG(动态调谐陀螺仪)等这类机械式陀螺仪在使用。

20 世纪 70 年代,光学陀螺仪成为市场的焦点。 环形激光陀螺仪(RLG)和光纤陀螺仪(FOG)都是通过测量沿着固定路径以相反方向传播的光的相位偏移来检测角速度的设备。

在过去的二十年里,随着“固态”非旋转角速度传感器(通常被误称为陀螺仪)的兴起,惯性传感器市场的格局发生了改变。 随着 20 世纪 90 年代 VSG(振动结构陀螺仪)技术的出现,Silicon Sensing 成为了固态陀螺仪商业化的最初先驱公司之一。

Silicon Sensing 公司 MEMS VSG 陀螺仪背后的创新:

解锁精度极限

我们所有的 MEMS VSG 陀螺仪都采用了创新性的方法——利用振动圈或共振圈,使用 DRIE(深反应离子刻蚀)体硅工艺制造。 环形圈使用八对对称的辐条巧妙地支撑在自由空间中。 这种制造方式结合我们独特的专利环设计,确保了精密公差几何特性,实现了精确的平衡和热稳定性。

与其他 MEMS VSG 陀螺仪不同,我们的设计消除了会产生过盈和静摩擦力问题的小间隙。 这使我们能够创造出具有无与伦比的零偏和标度因数稳定性的高品质产品,无论在何种温度、振动或冲击条件下都确保可靠。 此外,我们的专利设计继承了能够减小加速度引起的速率误差(通常被称为“G 敏感度”)的特性。

MEMS VSG

陀螺仪的核心是将致动器和换能器整合为一体。

研发人员通过精心设计将致动器和换能器连接到硅环周边的上表面。 这些组件被嵌入辐条上的轨道,其电路连接至硅环上的焊垫。 这些致动器具有双重功能:一方面,它们激发或‘驱动’硅环进入 Cos2θ 振动模式(类似于用湿手指摩擦酒杯边缘使其产生振动和‘嗡嗡’声),另一方面,还能检测硅环周围的径向运动。 主驱动致动器或科里奥利力效应都可引发这种径向运动,尤其是当陀螺仪绕其传感轴旋转时(该传感轴位于硅环的中心)。

尖端换能器技术和二次拾取换能器的结合提高了 VSG 的信噪比。 结果如何? 具有无与伦比的零偏不稳定性和角度随机游走(ARW)性能的超低噪声设备。

了解尖端 MEMS 加速计:

重新定义高性能惯性传感器水平

MEMS 加速计用于在没有固定参考点的情况下测量线性运动、冲击或振动。

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MEMS 加速计的精度:

解码线性运动

当精确测量线性运动至关重要时(尤其是在没有固定参考点的应用中)MEMS 加速计发挥着关键作用。 将这些设备安装在物体上,则可测量该物体的线性加速度。 加速度的测量单位通常是 m/s²,但加速计使用“g”表示重力单位,其中 1g 等于 9.81m/s²。

所有加速计的基本原理都涉及弹簧上的一个质量块。 当附着的物体加速时,此质量块在惯性的作用下试图保持静止,从而拉伸或压缩弹簧。 这个动作产生的力与施加的加速度相关,加速计会检测到这个力。

揭开 Silicon Sensing 加速计背后的技术面纱:

导航精度

采用质量-弹簧动力学原理的一对硅基 MEMS 检测器,我们的加速计实现了精确的线性加速度检测。 每个质量块都是一个可变电容内的移动板,由交错的“手指”阵列形成。 此设计用于 Gemini® MEMS 双轴加速计和 MEMS CMS 组合传感器。

当沿着传感器的敏感轴施加线性加速度时,由于其自身的惯性,质量块对运动产生抵抗。 因此,相对于固定电极的“手指”,质量块及其“手指”发生位移,“手指”之间的气体形成了阻尼效果。 移动的硅“手指”和固定的硅“手指”之间的移位引发了差分电容,此电容与施加的加速度成比例。

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