Микромеханический гироскоп ADXRS фирмы Analog Devices

Датчик угловой скорости - гироскоп ADXRS представляет собой интегральную микросхему (смотри рис. 6.14). Он выполнен на одном кристалле кремния и включает в себя все необходимые электронные схемы формирования сигнала [14].

Рис. 6.14. Внешний вид кристалла гироскопа при большом увеличении

Две микромеханические структуры из поликристаллического кремния снабжены специальными возбуждающими рамками, которые с помощью электрического сигнала приводятся в резонанс. Колебания микромеханических элементов имеют достаточно высокую частоту и амплитуду, чтобы при угловом вращении прибора сила Кориолиса, действующая на эти элементы, достигала заметной величины. По краям каждой колеблющейся рамки, перпендикулярно направлению колебаний, расположены подвижные зубцы, которые чередуются с неподвижными зубцами (фиксированными на кремниевую подложку), таким образом, образуется структура, емкость которой меняется в соответствии с величиной силы Кориолиса [14].

Полученный с емкостного датчика высокочастотный сигнал поступает на каскады усиления и демодуляции, в итоге на выходе микросхемы мы получаем сигнал напряжения, пропорциональный угловой скорости (смотри рис. 6.15). Максимальная детектируемая скорость вращения (т.е. динамический диапазон датчика угловой скорости) составляет у гироскопов ADXRS150 и ADXRS300 соответственно 150°/с и 300°/с (отмечено звездочкой на рисунке). Существует возможность изменить динамический диапазон гироскопа в сторону увеличения или уменьшения, в зависимости от требований задачи.

Наличие внутри микросхемы двух перпендикулярно расположенных однотипных датчиков позволяет избежать влияния на выходной сигнал гироскопа вибрации и ускорения. Схемы формирования сигнала, расположенные на этом же кристалле (смотри рис. 6.16), позволяют сохранить качество сигнала в условиях "шумного" окружения (электромагнитных помех, шумов цифровых схем и т.д.).

Рис. 6.15. Сигнал угловой скорости на выходе гироскопа iMEMS

Для схемы возбуждения чувствительных элементов требуется напряжение питания 14—16 В. Так как на микросхему подается напряжение 5 В, для получения более высокого напряжения питания на кристалле имеется схема "зарядового насоса" с переключаемыми конденсаторами. Если имеется внешнее напряжение питания величиной 14-16 В, то можно использовать его, и при этом избавиться от необходимости подключения нескольких дополнительных внешних конденсаторов.

Рис. 6.16. Структурная схема гироскопа iMEMS с внешними элементами

Данный прибор представляет собой доступный гироскоп, имеющий встроенную схему автотестирования с цифровым управлением, которая работает при активном датчике. В составе микросхемы присутствует датчик температуры для осуществления калибровки устройства и компенсации погрешности, вызванной изменением температуры, также на кристалле имеется источник опорного напряжения [14].

Дата добавления: 2015-10-29