加速度計整合陀螺儀 整合使用提升應用價值
發布時間:2012-10-19 來源:電子元件技術網 責任編輯:Hedyxing
導讀:陀螺儀與加速計最大的不同是,陀螺儀的量測數據比較偏向斜度、偏航等動態信息,反而與重力、線xian性xing動dong作zuo感gan測ce數shu據ju無wu關guan,陀tuo螺luo儀yi多duo在zai偵zhen測ce物wu體ti水shui平ping改gai變bian狀zhuang態tai時shi較jiao能neng達da到dao效xiao用yong,無wu法fa如ru加jia速su度du計ji對dui於yu物wu體ti移yi動dong或huo移yi動dong動dong能neng具ju較jiao高gao的de感gan測ce能neng力li。而er加jia速su度du計ji與yu之zhi相xiang反fan,因yin而er將jiang加jia速su度du計ji與yu陀tuo螺luo儀yi整zheng合he,應ying用yong價jia值zhi將jiang大da幅fu提ti升sheng。
MEMS陀螺儀目前廣泛用在數字相機的電子防震設計、筆記型計算機的硬盤防摔落動態保護、3D空間鼠標、數字電子羅盤、汽車的電子穩定控製(Electronic Stabilty Program;ESC/ESP)等係統設計之中,或是搭配自動控製係統、機器人控製手臂之動態平衡設計方案中。
有趣的是,目前多數以加速度計搭配陀螺儀通常經過整合設計、來建構可進行動態追蹤與捕捉3D空間的完整運動軌跡,而取得3D動態軌跡後,除可實時產生定位數據供用戶搭配係統操控的人機接口應用外,也可以提供更高精細度的動態數據,讓體感控製、動態感測的反饋操控表現更為細致,讓係統提供更具現場感受的用戶使用體驗。
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以現有的陀螺儀MEMS組件為例,MEMS陀螺儀(Gyroscope)又名角速度計,其實MEMS陀(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)核(he)心(xin)組(zu)件(jian),是(shi)一(yi)組(zu)經(jing)過(guo)矽(gui)製(zhi)程(cheng)的(de)微(wei)加(jia)工(gong)機(ji)械(xie)組(zu)合(he),在(zai)矽(gui)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)上(shang)為(wei)參(can)照(zhao)一(yi)組(zu)如(ru)同(tong)音(yin)叉(cha)機(ji)製(zhi)的(de)運(yun)轉(zhuan)結(jie)構(gou),其(qi)應(ying)用(yong)裝(zhuang)置(zhi)的(de)角(jiao)速(su)度(du)感(gan)測(ce),其(qi)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)為(wei)由(you)相(xiang)互(hu)正(zheng)交(jiao)之(zhi)振(zhen)動(dong)與(yu)轉(zhuan)動(dong)導(dao)致(zhi)的(de)交(jiao)變(bian)科(ke)裏(li)奧(ao)利(li)力(li),至(zhi)於(yu)振(zhen)動(dong)的(de)物(wu)體(ti)由(you)柔(rou)軟(ruan)之(zhi)彈(dan)性(xing)結(jie)構(gou)懸(xuan)掛(gua)於(yu)基(ji)座(zuo)上(shang),MEMS陀螺儀整體動力學係統,是由2D彈dan性xing阻zu尼ni係xi統tong整zheng合he,係xi統tong中zhong的de振zhen動dong和he轉zhuan動dong所suo產chan生sheng的de科ke裏li奧ao利li力li將jiang角jiao速su度du之zhi能neng量liang轉zhuan移yi至zhi傳chuan感gan模mo式shi,角jiao速su率lv轉zhuan換huan為wei特te定ding感gan應ying結jie構gou的de直zhi向xiang位wei移yi,透tou過guoMEMS的結構進而取得變化量的感測信息。
至於陀螺儀與加速計最大的不同是,陀螺儀的量測數據比較偏向斜度、偏航等動態信息,反而與重力、線xian性xing動dong作zuo感gan測ce數shu據ju無wu關guan,陀tuo螺luo儀yi多duo在zai偵zhen測ce物wu體ti水shui平ping改gai變bian狀zhuang態tai時shi較jiao能neng達da到dao效xiao用yong,無wu法fa如ru加jia速su度du計ji對dui於yu物wu體ti移yi動dong或huo移yi動dong動dong能neng具ju較jiao高gao的de感gan測ce能neng力li。相xiang反fan的de,加jia速su度du計ji可ke在zai偵zhen測ce物wu體ti移yi動dong狀zhuang態tai具ju較jiao高gao實shi用yong效xiao益yi,但dan卻que無wu法fa感gan測ce物wu體ti的de小xiao幅fu角jiao度du改gai變bian。因yin而er將jiang加jia速su度du計ji與yu陀tuo螺luo儀yi整zheng合he,即ji可ke讓rang動dong態tai感gan測ce係xi統tong同tong時shi具ju備bei直zhi向xiang速su度du與yu轉zhuan動dong數shu據ju的de感gan測ce信xin息xi,讓rang動dong態tai感gan測ce係xi統tong的de偵zhen測ce範fan圍wei更geng全quan麵mian、完整。
在MEMS的節能設計方麵,在係統毋須使用動態感測應用時,MEMS可以搭配關閉部分功能達到高效節能效用。例如,在陀螺儀設計方案中,可將陀螺儀的傳遞訊號與調節電路區分為馬達驅動部份、加速傳感器感應電路兩大部份,馬達驅動部份為利用靜電驅動的原理令機械組件產生前/後(hou)振(zhen)蕩(dang),產(chan)生(sheng)感(gan)測(ce)過(guo)程(cheng)所(suo)需(xu)的(de)諧(xie)振(zhen)作(zuo)用(yong),至(zhi)於(yu)感(gan)應(ying)部(bu)份(fen)為(wei)利(li)用(yong)量(liang)測(ce)係(xi)統(tong)電(dian)容(rong)變(bian)化(hua)量(liang),來(lai)取(qu)得(de)科(ke)裏(li)奧(ao)利(li)力(li)的(de)數(shu)值(zhi)變(bian)化(hua),於(yu)對(dui)應(ying)感(gan)應(ying)質(zhi)點(dian)上(shang)所(suo)生(sheng)成(cheng)的(de)微(wei)弱(ruo)位(wei)移(yi)數(shu)據(ju),將(jiang)角(jiao)速(su)率(lv)變(bian)化(hua)量(liang),轉(zhuan)換(huan)成(cheng)對(dui)比(bi)角(jiao)速(su)度(du)變(bian)化(hua)量(liang)之(zhi)對(dui)應(ying)模(mo)擬(ni)訊(xun)號(hao)(或數字訊號)輸出。
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