Xu hướng phát triển và ứng dụng của cảm biến quán tính vi cơ điện ( con quay, gia tốc kế)

Chia sẻ: Do Xuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

1
563
lượt xem
154
download

Xu hướng phát triển và ứng dụng của cảm biến quán tính vi cơ điện ( con quay, gia tốc kế)

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày tổng quan việc ứng dụng của các công nghệ cảm biến quán tính, đánh giá hướng phát triển của các công nghệ này trong tương lai, đưa ra nguyên lý làm việc và sơ đồ kết cấu của một số cảm biến quán tính vi cơ điện, phân tích một số vấn đề liên quan tới thiết kế, công nghệ và ứng dụng các cảm biến quán tính vi cơ điện trong điều kiện ở nước ta..

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Xu hướng phát triển và ứng dụng của cảm biến quán tính vi cơ điện ( con quay, gia tốc kế)

  1. Xu h−íng ph¸t triÓn vµ øng dông cña c¶m biÕn qu¸n tÝnh vi c¬ ®iÖn (con quay, gia tèc kÕ) T¸c gi¶: NguyÔn V¨n Chóc, TrÇn TiÕn §¹t, Lª Anh TuÊn, NguyÔn Phó Th¾ng, TrÇn Ngäc Thanh Trung t©m Khoa häc Kü thuËt - C«ng nghÖ Qu©n sù Tãm t¾t: Bµi b¸o tr×nh bµy tæng quan viÖc øng dông cña c¸c c«ng nghÖ c¶m biÕn qu¸n tÝnh, ®¸nh gi¸ h−íng ph¸t triÓn cña c¸c c«ng nghÖ nµy trong t−¬ng lai, ®−a ra nguyªn lý lµm viÖc vµ s¬ ®å kÕt cÊu cña mét sè c¶m biÕn qu¸n tÝnh vi c¬ ®iÖn, ph©n tÝch mét sè vÊn ®Ò liªn quan tíi thiÕt kÕ, c«ng nghÖ vµ øng dông c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh vi c¬ ®iÖn trong ®iÒu kiÖn ë n−íc ta. 1. Më ®Çu ViÖc øng dông c¸c hÖ thèng vi c¬ ®iÖn (MicroElectroMechanical System -MEMS) sÏ t¹o ra sù thay ®æi lín trong c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh (con quay, gia tèc kÕ). Tr−íc ®©y c«ng nghÖ nµy lµ ®éc quyÒn cña mét sè c−êng quèc qu©n sù (Mü, Nga...) C¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS ch−a ®¹t ®é chÝnh x¸c cña c¸c c¶m biÕn c¬ häc cæ ®iÓn, nh−ng cã nh÷ng −u ®iÓm h¬n h¼n: VÒ kÝch th−íc biªn d¹ng (vµi milimÐt); c«ng suÊt tiªu thô (d−íi 1W); gi¸ thµnh h¹ (10÷20 lÇn). ChÝnh nhê nh÷ng −u ®iÓm trªn mµ c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh vi c¬ ®iÖn ®−îc øng dông réng r·i trong c¶ c¸c lÜnh vùc cña d©n sù, qu©n sù. Trong sè c¸c øng dông ngµy cµng më réng cña c¶m biÕn qu¸n tÝnh vi c¬ ®iÖn cã thÓ kÓ ®Õn c¸c øng dông sau: +C«ng nghiÖp « t«. HiÖn nay c¸c « t« hiÖn ®¹i sö dông 50-80 c¶m biÕn kh¸c nhau cho hÖ thèng an toµn vµ dÉn ®−êng. +C¸c thiÕt bÞ dÉn ®−êng vµ kü thuËt qu©n sù. Nhê thµnh tùu t¹o ra c¸c hÖ thèng dÉn ®−êng kiÒu kh«ng platform (c¸c c¶m biÕn kh«ng cÇn l¾p trªn mét platform æn ®Þnh, mµ l¾p trùc tiÕp lªn ®èi t−îng) víi hiÖu chØnh b»ng hÖ thèng ®Þnh vÞ vÖ tinh toµn cÇu (GPS) cho phÐp øng dông c¸c c¶m biÕn vi c¬ trong viÖc æn ®Þnh ¨ng ten vÖ tinh, ®iÒu khiÓn khÝ cô bay tù ®éng, còng nh− c¸c vò khÝ trang bÞ hiÖn ®¹i. +Kü thuËt robot. DÉn ®−êng c¸c robot dÞch chuyÓn, ®iÒu khiÓn tay m¸y c«ng nghiÖp lµ lÜnh vùc cã nhu cÇu øng dông c¸c c¶m biÕn vi c¬ gän nhÑ, gi¸ thµnh h¹. Trong bµi b¸o nµy ®−a ra tæng quan vÒ c¸c gia tèc kÕ vµ con quay chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ vi c¬, ®−a ra nh÷ng vÊn ®Ò trong thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh, ®−a ra xu h−íng ph¸t triÓn cña c¸c c¶m biÕn nµy. Do khu«n khæ cña bµi b¸o , c¸c vÊn ®Ò s©u h¬n vÒ m« pháng, thiÕt kÕ vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o cã thÓ tham kh¶o c¸c tµi liÖu [1 - 5]. 2. Gia tèc kÕ vi c¬ Gia tèc kÕ lµ mét c¶m biÕn gia tèc chuyÓn ®éng cña ®èi t−îng (gia tèc c¸c lùc kh«ng cã b¶n chÊt tr−êng g©y ra). H×nh 1: S¬ ®å cÊu tróc vµ m« h×nh c¬ cña gia tèc kÕ vi c¬ kiÓu ®iÖn dung Mét gia tèc kÕ gåm mét khèi l−îng M treo trªn c¸c dÇm cã mét h»ng sè ®µn håi K cã mét hÖ sè gi¶m chÊn (D. Gia tèc kÕ cã thÓ ®−îc m« h×nh bëi mét hÖ thèng khèi träng - gi¶m chÊn - lß xo (H×nh 1. M« h×nh gia tèc kÕ trªn cã ph−¬ng tr×nh hµm truyÒn: 1
  2. x( s) 1 1 H ( s) = = = (1) α (s) D K ωr s2 + s+ s2 + s + ω r2 M M Q trong ®ã α lµ gia tèc bªn ngoµi, x lµ chuyÓn dÞch cña khèi träng, ω r = K / M lµ tÇn sè céng h−ëng tù nhiªn, vµ Q = KM / D lµ hÖ sè phÈm chÊt. §é nh¹y tÜnh cña gia tèc kÕ ®−îc chØ ra lµ: x static M 1 = = 2 (2) α K ωr Râ rµng lµ tÇn sè céng h−ëng cña cÊu tróc cã thÓ ®−îc t¨ng b»ng c¸ch t¨ng h»ng sè lß xo vµ gi¶m khèi träng, trong khi hÖ sè phÈm chÊt cña thiÕt bÞ cã thÓ ®−îc t¨ng b»ng c¸ch gi¶m ®é gi¶m chÊn vµ t¨ng khèi träng. Cuèi cïng, ph¶n øng tÜnh cña thiÕt bÞ cã thÓ ®−îc n©ng cao b»ng c¸ch gi¶m tÇn sè céng h−ëng. Nguån nhiÔu t¹p c¬ häc chÝnh cho thiÕt bÞ lµ do chuyÓn ®éng Brown cña c¸c phÇn tö khÝ bao quanh khèi träng vµ chuyÓn ®éng Brown cña hÖ treo khèi träng. NhiÔu t¹p tæng céng tØ lÖ víi gia tèc (TNEA) [m/s2/√Hz] lµ [2] 4K BTD 4 K B T ωr TNEA = = (3) M QM trong ®ã KB lµ h»ng sè Boltzman vµ T lµ nhiÖt ®é K. C«ng thøc (3) chØ râ r»ng ®Ó gi¶m nhiÔu t¹p c¬ häc, hÖ sè phÈm chÊt vµ khèi träng cÇn ph¶i ®−îc t¨ng. ChØ tiªu chÊt l−îng cña gia tèc kÕ th−êng ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é nhËy, d¶i ®o, ®é tr«i kh«ng, ®é tr«i do nhiÖt ®é, còng nh− kh¶ n¨ng chÞu t¸c ®éng cña m«i tr−êng (kh¶ n¨ng chÞu va ®Ëp, qu¸ t¶i...) B¶ng 1 ®−a ra tãm t¾t c¸c tham sè chÊt l−îng cña gia tèc kÕ cho c¸c øng dông kh¸c nhau. B¶ng 1 Th«ng sè Trong c«ng nghiÖp « t« Dïng cho dÉn ®−êng Gi¶i ±50g (gèi khÝ) ±1g ±2g (hÖ thèng æn ®Þnh xe) Gi¶i tÇn sè DC – 400 Hz DC – 100Hz §é ph©n gi¶i
  3. 1)C¸c thiÕt bÞ ¸p ®iÖn trë. (h×nh vÏ 2.) Mét trong c¸c gia tèc kÕ vi c¬ th−¬ng m¹i ®Çu tiªn, chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ vi c¬ [7] lµ ¸p ®iÖn trë. C¸c gia tèc kÕ nµy cã c¸c ¸p ®iÖn trë b¸n dÉn trªn dÇm ®ì cña chóng. Khi khung ®ì chuyÓn dÞch t−¬ng ®èi so víi khèi träng, c¸c dÇm treo sÏ kÐo dµi ra hay ng¾n l¹i, ®iÒu nµy sÏ thay ®æi h×nh d¹ng ¸p lùc cña chóng vµ do ®ã ®Õn ®é trë xuÊt cña c¸c ¸p ®iÖn trë nhóng cña chóng. C¸c ¸p ®iÖn trë nµy th−êng ®−îc ®Æt H×nh 2. Gia tèc kÕ kiÓu ¸p ®iÖn ë mÐp cña vµnh ®ì vµ khèi träng, chç sù thay ®æi ¸p lùc lµ lín nhÊt. Do ®ã, mét m¹ch b¸n cÇu hay c¶ m¹ch cÇu cã thÓ ®−îc t¹o ra b»ng c¸ch sö dông 2 hay 4 ¸p trë. Lîi thÕ chÝnh cña c¸c gia tèc kÕ ¸p trë lµ sù ®¬n gi¶n trong cÊu tróc vµ quy tr×nh chÕ t¹o, còng nh− m¹ch ®äc ®Çu ra, do cÇu ®iÖn trë t¹o ra mét trë kh¸ng ra thÊp. Tuy nhiªn, c¸c gia tèc kÕ ¸p trë cã ®é nh¹y nhiÖt ®é cao, vµ ®é nh¹y toµn bé thÊp h¬n so víi c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn ®iÖn dung, vµ do ®ã th−êng ph¶i sö mét khèi träng lín. Sù ph¸t triÓn sím cña c«ng nghÖ vi c¬ khèi vµ kinh nghiÖm thu ®−îc bëi nhiÒu c«ng ty trong viÖc ph¸t triÓn vµ th−¬ng m¹i ho¸ c¸c c¶m biÕn ¸p xuÊt dùa trªn ¸p trë, ®· gióp cho sù ph¸t triÓn ban ®Çu cña c¸c gia tèc kÕ ¸p trë vi c¬ sö dông c«ng nghÖ vi c¬ khèi vµ c«ng nghÖ hµn tÊm b¸n dÉn [7 – 11]. ThiÕt bÞ ®−îc th«ng b¸o trong [7] sö dông mét tÊm b¸n dÉn trung b×nh ®Ó t¹o thµnh khèi träng vµ c¸c dÇm, trong khi 2 tÊm thuû tinh ®−îc hµn g¾n trªn vµ d−íi che cÊu tróc vµ cung cÊp kh¶ n¨ng chèng va ®Ëp vµ gi¶m chÊn. C¸c thiÕt bÞ kh¸c [8], [9] sö dông mét tÊm c¬ së thuû tinh hµn bªn d−íi vµ mét tÊm b¸n dÉn bªn trªn ®Ó chèng va ®Ëp, ®−îc t¹o ra bëi hµn khuyÕch t¸n b¸n dÉn vµ ¨n mßn H×nh3. Gia tèc kÕ kiÓu ®iÖn dung c¬ së. Míi ®©y, viÖc chÕ t¹o gia tèc kÕ vi c¬ ¸p trë víi m¹ch giao diÖn CMOS ®−îc tr×nh bµy [10], [11], dùa trªn sö dông mét quy tr×nh chÕ t¹o CMOS tiªu chuÈn cã thay ®æi mét Ýt ®Ó thiÕt kÕ m¹ch bï trõ nhiÖt ®é vµ ®äc ®Çu ra, vµ ¨n mßn khèi tÊm b¸n dÉn tõ mÆt c¬ së ®Ó t¹o ra cÊu tróc thiÕt bÞ. Kh¶ n¨ng tù kiÓm tra cña c¸c gia tèc kÕ vi c¬ ¸p trë lµ cã thÓ, b»ng c¸ch sö dông lùc ph¸t ®éng nhiÖt [15] hay tÜnh ®iÖn [16]. §é nh¹y cña tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ nµy th«ng th−êng trong kho¶ng 1-2mV/g trong gi¶i 20-50g víi mét hÖ sè nh¹y nhiÖt ®é kh«ng bï trõ (TCS)
  4. nhiªn c¸c gia tèc kÕ tô cã thÓ dÔ bÞ ¶nh h−ëng bëi nhiÔu t¹p ®iÖn tõ (EMI), do cùc c¶m biÕn cña chóng cã trë xuÊt lín. VÊn ®Ò nµy cã thÓ kh¾c phôc ®−îc b»ng bao gãi ®óng ®¾n vµ che ch¾n gia tèc kÕ vµ m¹ch giao diÖn cña nã. 3.Con quay vi c¬ HÇu hÕt tÊt c¶ c¸c con quay gia c«ng vi c¬ ®−îc th«ng b¸o ®Òu sö dông c¸c phÇn tö dao ®éng c¬ khÝ ®Ó c¶m nhËn sù quay. Chóng kh«ng cã c¸c phÇn quay ®ßi hái vßng bi, vµ do ®ã cã thÓ dÔ dµng thu nhá vµ s¶n xuÊt hµng lo¹t sö dông kü thuËt gia c«ng vi c¬. TÊt c¶ c¸c con quay dao ®éng dùa trªn chuyÓn ®æi n¨ng l−îng gi÷a hai chÕ ®é dao ®éng cña mét H×nh 4. Minh ho¹ hiÖu øng gia tèc cÊu tróc g©y ra bëi gia tèc Coriolis trong con quay dao ®éng Coriolis. (H×nh 4.) Hai thanh cña ©m thoa thùc hiÖn dao ®éng theo ph−¬ng Oy víi t«c ®é v(t)=A0sin(ωt), nÕu ®Õ cña ©m thoa quay theo trôc Oz v¬Ý tèc ®é Ω th× thanh chÞu t¸c ®éng cña lùc Coriolis biÕn thiªn theo thêi gian Fc(t)=2*v(t)*Ω vµ lµm c¸c thanh dao ®éng theo ph−¬ng Ox, biªn ®é cña dao ®éng nµy tû lÖ víi tèc ®é quay cña ®Õ Ω. HÇu hÕt c¸c con quay vi c¬ ®Òu dùa trªn nguyªn lý nµy. Nh÷ng chØ tiªu chÊt l−îng c¬ b¶n cña con quay lµ: §é ph©n gi¶i, ®é tr«i,vµ ®é æn ®Þnh cña hÖ sè chuyÓn ®æi. Mét sè yªu cÇu tÝnh n¨ng cña c¸c con quay cho c¸c môc ®Ých kh¸c nhau ®−îc ®−a ra ë b¶ng 2. B¶ng 2 Th«ng sè cÊp ®é ®o cÊp ®é chiÕn cÊp ®é qu¸n thuËt tÝnh B−íc gãc ngÉu nhiªn, >0,5 0,5-0,05
  5. còng cã nhiÒu øng dông kh¸c ®ßi hái c¸c tÝnh n¨ng n©ng cao, bao gåm ®Þnh vÞ qu¸n tÝnh, dÉn ®−êng, ng−êi m¸y vµ vµi thiÕt bÞ ®iÖn tö d©n dông. Ngµy nay c¸c con quay quang häc lµ nh÷ng con quay chÝnh x¸c nhÊt cã trªn thÞ tr−êng. Trong chóng con quay laser m¹ch vßng thÓ hiÖn tÝnh n¨ng cÊp ®é qu¸n tÝnh, trong khi c¸c con quay sîi quang ®−îc sö dông chñ yÕu trong c¸c øng dông chiÕn thuËt. Con quay céng h−ëng b¸n cÇu HRG cña Delco lµ mét con quay dao ®éng ®· ®¹t ®−îc tÝnh n¨ng cÊp ®é qu¸n tÝnh [15]. MÆc dï rÊt chÝnh x¸c, c¸c thiÕt bÞ nµy qu¸ ®¾t vµ cång kÒnh ®èi víi nhiÒu øng dông gi¸ thµnh thÊp. §¹t c¸c møc tÝnh n¨ng “cÊp ®é qu¸n tÝnh vµ cÊp ®é chiÕn thuËt” lµ mét th¸ch thøc lín víi con quay gia c«ng vi c¬, vµ hiÖn nay nhiÒu c«ng nghÖ vµ c¸ch tiÕp cËn míi ®ang ®−îc ph¸t triÓn. Do ®é t−¬ng thÝch lín cña chóng víi c¸c c«ng nghÖ chÕ t¹o lo¹t, bµi b¸o nµy chØ tæng quan c¸c con quay dao ®éng b¸n dÉn gia c«ng vi c¬. Phô thuéc vµo c«ng nghÖ chÕ t¹o phÇn tö c¶m biÕn, con quay vi c¬ th−êng ®−îc chÕ t¹o tõ th¹ch anh vµ silic. §Çu nh÷ng n¨m 1980 mét sè h·ng nh− Systron Donner, Watson Industries.. øng dông th¹ch anh ®Ó chÕ t¹o bé céng h−ëng cña con quay vi c¬ (H×nh 4). Ω F kÝch thÝch F coriolis H×nh 4: Con quay QRS11 cña h·ng Systron Donner (Mü) Con quay QRS11 cã khèi l−îng nhá (60g), ®é tr«i nhá h¬n 100/h. Nh÷ng con quay nh− thÕ nµy ®· ®−îc øng dông trong hÖ thèng qu¸n tÝnh cã hiÖu chØnh GPS. C¸c con quay vi c¬ b»ng th¹ch anh cã nh−îc ®iÓm kÝch th−íc lín, gi¸ thµnh cao so víi c¸c thiÕt bÞ t−¬ng ®−¬ng lµm b»ng silic. Silic kh«ng chØ lµ vËt liÖu cho c«ng nghiÖp ®iÖn tö, mµ lµ vËt liÖu kÕt cÊu cã nhiÒu tÝnh chÊt næi tréi: ®é bÒn riªng cao, ma s¸t trong thÊp, cho phÐp t¹o ra c¸c bé céng h−ëng c¬ häc cã hÖ sè phÈm chÊt cao (50000÷80000). Sau mÉu con quay vi c¬ ®Çu tiªn cña phßng thÝ nghiÖm Draper víi ®é tr«i 10000/h, hiÖn nay phßng thÝ nghiÖm Draper ®· thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®−îc mÉu con quay vi c¬ cã ®é chÝnh x¸c cao tíi 10/h. Ph¸t triÓn con quay vi c¬ kiÓu quay-quay (R-R): mét sè h·ng nh− Silicon Sensing (NhËt), Tr−êng ®¹i häc IMIT (§øc) ®· ®−a ra con quay vi c¬ cã bé céng h−ëng kiÓu vßng kÝn. 5
  6. Con quay lµ mét vßng kÝn ®−îc liªn kÕt ®µn håi víi trô ®ì bªn trong. Dao ®éng kÝch H×nh 5: CÊu tróc con quay rung ®éng vßng kÝn thÝch ®−îc t¹o bëi cÆp tô ®iÖn. Khi cã tèc ®é quay Ω däc trôc ®ì, xuÊt hiÖn dao ®éng thø hai theo h−íng y-y lÖch so víi trôc dao ®éng kÝch thÝch x-x mét gãc 450 víi biªn ®é: Q q sense = 4 Ag q drive Ω z (4) ω0 ë ®©y: Ag ≈ 0,37 - h»ng sè kÕt cÊu Q - hÖ sè phÈm chÊt dao ®éng c¬ ω0 - tÇn sè céng h−ëng gãc qdrive- biªn ®é dao ®éng kÝch thÝch ωz - tèc ®é quay cña ®Õ Víi kÕt cÊu nµy h·ng BAE ®· chÕ t¹o con quay cã d¶i ®o ±1000/s víi ®é nhËy lµ 0,05 0/s (1800/h). H·ng Murata (NhËt b¶n) ¸p dông kü thuËt t¹o lß xo ©m cho mét con quay vi c¬ theo kiÓu tÞnh tiÕn - tÞnh tiÕn (L-L) ®¹t ®−îc ®é tr«i 0,0130/s (500/h). Mét sè vÊn ®Ò chÝnh trong viÖc thiÕt kÕ c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS: Bµi to¸n ®¶m b¶o chÊt l−îng c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS rÊt ®a d¹ng, ®ßi hái gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò thuéc vÒ c¬ häc, H×nh 6: M« h×nh con quay vi c¬ theo ®iÖn tö, ®iÒu khiÓn-tin häc vµ c«ng nghÖ kiÓu tÞnh tiÕn - tÞnh tiÕn vËt liÖu. D−íi ®©y lµ ra mét sè vÊn ®Ò vµ nh÷ng sai sè chÝnh cña c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS cÇn chó ý gi¶i quyÕt trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ: + ViÖc ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c vÒ ph©n bè khèi l−îng, qu¸n tÝnh cña phÇn chuyÓn ®éng dÉn ®Õn mÊt c©n b»ng, ®é cøng v÷ng kh«ng ®Òu vµ kÕt qu¶ kh«ng nhËn ®−îc ®Æc tr−ng dao ®éng mong muèn, lÖch tÇn sè céng h−ëng gi÷a dao ®éng kÝch thÝch vµ dao ®éng c¶m biÕn. + V× c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh lµm viÖc ë chÕ ®é céng h−ëng do vËy cÇn gi¶i quyÕt vÊn ®Ò ®é nhËy tû lÖ 2θ/ω3 vµ h»ng sè thêi gian tû lÖ víi 2θ/ω [19], còng nh− vÊn ®Ò ®é réng 6
  7. gi¶i th«ng. VÊn ®Ò nµy liªn quan tíi viÖc chän c¸c tham sè kÕt cÊu hîp lý vµ nguyªn lý xö lý tÝn hiÖu ra ë chÕ ®é m¹ch kÝn, hoÆc hë; vÊn ®Ò t¸ch tÝn hiÖu trong nÒn nhiÔu cïng tÇn sè. + VÊn ®Ò ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh c¸c tham sè c¬, ®iÖn, ®iÖn tö d−íi t¸c ®éng cña qu¸ t¶i, nhiÖt ®é. Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy liªn quan tíi viÖc lùa chän vËt liÖu cã ®é æn ®Þnh cao, ®ång thêi cã hÖ thèng tù ®éng bï trõ sai lÖch trªn. + §Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò trªn cÇn thiÕt ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c kÝch th−íc h×nh häc cao (tõ 1µm÷10-3µm). Tuy nhiªn, nÕu chØ b»ng biÖn ph¸p c«ng nghÖ ®Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cña c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh lµ rÊt khã kh¨n. VÊn ®Ò ®¶m b¶o chÊt l−îng cã thÓ ®¹t ®−îc b»ng c¸c biÖn ph¸p thiÕt kÕ, t¹o kh©u bï trõ sai sè c«ng nghÖ b»ng lß xo ®iÖn ©m vµ hÖ thèng tù ®éng bï trõ tham sè. 4. TriÓn väng vµ xu h−íng ph¸t triÓn cña c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS: Do viÖc gi¶m gi¸ thµnh vµ kÝch th−íc, c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS kh«ng ngõng ph¸t triÓn vµi n¨m l¹i ®©y. TÝnh tõ n¨m 1991, ®Æc tr−ng ®é chÝnh x¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS t¨ng 10 lÇn trong 2 n¨m (H×nh 7). Trong t−¬ng lai gÇn, dù kiÕn xu h−íng ph¸t triÓn cña c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS cña phßng thÝ nghiÖm Draper nh− trong H×nh 7. T−¬ng lai xa h¬n c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS vµ c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh vi-c¬-quang-®iÖn tö míi xuÊt hiÖn sÏ thay thÕ c¸c c¶m biÕn qu¸n H×nh 7: Dù kiÕn xu h−íng ph¸t triÓn tÝnh cæ ®iÓn c¬ ®iÖn ë cÊp chÝnh x¸c cña c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS thÊp vµ trung b×nh. T¹i n−íc ta, trong thêi gian gÇn ®©y còng ®· b¾t ®Çu cã c¸c nghiªn cøu h−íng tíi chÕ t¹o vµ øng dông c¸c c¶m biÕn qu¸n tÝnh MEMS trong thùc tÕ, cô thÓ ngiªn cøu chÕ t¹o con quay vi c¬ t¹i ViÖn Tªn Löa thuéc Trung t©m KHKT vµ CNQS vµ chÕ t¹o gia tèc kÕ vi c¬ t¹i trung t©m ITIMS cña tr−êng §HBK. C¸c mÉu ®Çu tiªn ®ang ®−îc thiÕt kÕ vµ thö nghiÖm. Nh÷ng cè g¾ng nµy thÓ hiÖn sù cè g¾ng cña c¸c nhµ khoa häc n−íc ta cè g¾ng kh¾c phôc khã kh¨n ®Ó ®−a nÒn khoa häc n−íc nhµ v−¬n lªn kÞp víi sù ph¸t triÓn khoa häc trªn thÕ giíi. Tµi liÖu tham kh¶o: 1. Navid Yazdi, Farrokh Ayazi, Khalil Najafi: Micromachined Inertial Sensors, Proceeding of the IEEE, Vol. 86, No. 8, August 1998 2. Neil Barbour, George Schmidt: Inertial Sensor Technology Trends, Proceedings of the 1998 Workshop on Autonomous Underwater Vehicles, 20-21 August 1998, Cambridge, MA, pp. 55-62 3. John R. Dowdle, Karl W. Fluekiger: A GPS/INS Guidance System for Navy 5” Projectiles, paper presented at the Institute of Navigation’s 52nd Annual Meeting, Cambridge, MA, 19-21 June 1996. 4. Hiroshi Kawai, Ken-Ichi Atsuchi, Masaya Tamura, Kuniki Ohwada: High-resolution microgyroscope using vibratory motion adjustment technology, Sensors and Actuators A 90 (2001) 153-159 5. Farrkh Ayazi, Khalil Najafi: A HARPSS Polysilicon Vibrating Ring Gyroscope1, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 10, No. 2, June 2001 169 7
  8. 6. L. M. Roylance and J. A. Angell, “A batch-fabricated silicon accelerometer,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED-26, pp. 1911–1917, Dec. 1979. 7. P. W. Barth, F. Pourahmadi, R. Mayer, J. Poydock, and K. Petersen, “A monolithic silicon accelerometer with integral air damping and overrange protection,” in Tech. Dig. Solid-State Sensors and Actuators Workshop, Hilton Head Island, SC, June 1988, pp. 35–38. 8. F. Pourahmadi, L. Christel, and K. Petersen, “Silicon ac-celerometer with new thermal self-test mechanism,” in Tech. Dig. Solid-State Sensors and Actuators Workshop, Hilton Head Island, SC, June 1992, pp. 122–125. 9. H. Allen, S. Terry, and D. De Bruin, “Accelerometer system with self-testable features,” Sensors Actuators, vol. 20, pp. 153–161, 1989. 10. W. Reithmuller, W. Benecke, U. Schnakenberg, and B. Wagner, “A smart accelerometer with on-chip electronics fabricated by a commercial CMOS process,” Sensors Actuators, vol. A-31, pp. 12–124, 1992. 11. H. Seidel, U. Fritsch, R. Gottinger, and J. Schalk, “A piezoresistive silicon accelerometer with monolithically integrated CMOS-circuitry,” in Tech. Dig. 8th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers’95), Stockholm, Sweden, June 1995, pp. 597–600. 12. H. Lefevre, The Fiber-Optic Gyroscope. Norwood, MA: Artech House, 1993. 13. A. Lawrence, Modern Inertial Technology: Navigation, Guid-ance, and Control, New York: Springer-Verlag, 1993. 14. M. W. Putty and K. Najafi, “A micromachined vibrating ring gyroscope,” in Tech. Dig. Solid-State Sensor and Actuator Work-shop, Hilton Head Island, SC, June 1994, pp. 213–220. 15. R. R. Ragan and D. D. Lynch, “Inertial technology for the future, Part X: Hemispherical resonator gyro,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. AES-20, p. 432, July 1984. 16. S. J. Sherman, W. K. Tsang, T. A. Core, R. S. Payne, D. E. Quinn, K. H. Chau, J. A. Farash, and S. K. Baum, “A low-cost monolithic accelerometer: Product/technology update,” in Tech. Dig. IEEE Electron Devices Meeting (IEDM’92), Dec. 1992, pp. 160–161. 17. L. Ristic, R. Gutteridge, J. Kung, D. Koury, B. Dunn, and H. Zunino, “A capacitive type accelerometer with self-test feature based on a double-pinned polysilicon structure,” in Tech. Dig. 7th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers’93), Yokohama, Japan, June 1993, pp. 810–812. 18. F. Rudolf, A. Jornod, and P. Bencze, “Silicon microaccelerom-eters,” in Tech. Dig. 4th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers’87), Tokyo, Japan, June 1987, pp. 376–379. 19. M. W. Putty, “A micromachined vibrating ring gyroscope,” PhD. Dissertation, Univ. Michigan, Ann Arbor, Mar. 1995. 8

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản