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科学家发明高性能陀螺仪可用于汽车、航空和工业

2021-02-25 14:15 作者: 来源: 本站 浏览: 29次 字号:

摘要:    盖世汽车讯 据外媒报道,法国CEA-Leti实验室的科学家与米兰理工大学的研究人员共同开发了世界第一款高性能陀螺仪,支持恶劣环境下操作,如工业、航空设备以及汽车。研究小组称,此次突破证明可以在系统振动中检测到微小的动态旋转。    惯性传感器在日常生活中...

  

盖世汽车讯 据外媒报道,法国CEA-Leti实验室的科学家与米兰理工大学的研究人员共同开发了世界第一款高性能陀螺仪,支持恶劣环境下操作,如工业、航空设备以及汽车。研究小组称,此次突破证明可以在系统振动中检测到微小的动态旋转。

  

惯性传感器在日常生活中很常见,目的是为了满足日益增长的微型化和成本要求、性能以及耐用性要求。在一些汽车、工业和军事应用中,陀螺仪必须能够在受到强烈和持续振动的环境中检测到每小时一度的变化。

  

  

(图片来源:CEA-Leti)

  

低功耗MEMS陀螺仪因其面积小和功耗低而被广泛应用于多个领域,能够监视和控制设备位置、方位、方向、角运动和旋转。陀螺仪可集成到汽车中,通过电子稳定控制系统改善车辆的稳定性。还可用于无人驾驶汽车中的航位推算,无需天体观测即可确定汽车、轮船或飞机的位置。此外,它还可以集成到智能手机中,检测单位转角和旋转(手势识别功能),以及禁用GPS时的室内导航以及混合现实等功能。

  

陀螺仪需在规定谐振频率下工作,且寄生机械振动很少超过40 kHz。如今已不存在共振频率大于 20 kHz(高于寄生振动的频带)的高性能MEMS陀螺仪。当该频率接近环境振动的频率时,机械干扰最终会使测量失真。CEA-Leti研究人员与米兰理工大学合作开发出一种工作频率为50 kHz的陀螺仪,可克服上述失真。该陀螺仪的工作频率是传统MEMS陀螺仪的两倍以上,并且超出了在恶劣的汽车、工业和航空环境中的常见振动频率。

  

  

(图片来源: CEA-Leti )

  

研究小组在IEEE Sensors 2020期刊发表论文称:“尽管各种应用都要求提高振动超过20 kHz的鲁棒性,但频率升高会导致性能下降,因此即使是最先进的陀螺仪,其工作频率也仍在该频率值附近。研究表明,基于NEMS的陀螺仪可以在更大的工作频率下进行工作……考虑到占位面积和功耗,其在噪音、稳定性和杂散模式方面,同样具有出色性能。”

  

CEA-Leti的MEMS业务开发经理兼高级专家Philippe Robert表示:“要保证在不降低传感器性能的前提下增加陀螺仪的工作频率,CEA-Leti和POLIMI研究人员使用超灵敏的压阻纳米规代替了MEMS陀螺仪的电容检测。这款新型的1。5mm?高频陀螺仪受众多专利保护,在偏置、噪声、线性度等方面,均超越现有技术。”

  

新型陀螺仪已在CEA-Leti的硅试验生产线上生产,与大多数MEMS铸造厂的工艺兼容。其制造基于M&NEMS技术平台,且该平台会根据需要,允许将陀螺仪与3轴加速度计和/或高性能压力传感器共同集成在单个芯片上。