5.3.2 Микромеханические гироскопы

Микромеханические гироскопы (ММГ) отно­сятся к области низких точностей. Эта область традиционно считалась малоперспек­тивной для задач управления движущимися объек­тами и навигации и серьезно не рассматривалась в научных и инженерных кругах [15]. Но в последнее вре­мя ситуация резко изменилась, и в печати одно за другим стали появляться сообщения о новом классе гироскопических чувствительных элементов, полу­чивших название микромеханических. Это одноос­ные гироскопы вибрационного типа, изготавливае­мые на базе современных кремниевых технологий. ММГ представляет собой своеобразный электрон­ный чип с кварцевой подложкой площадью в не­сколько квадратных миллиметров, на которую мето­дом фотолитографии наносится плоский вибратор.

Точность полученных к настоящему времени ММГ находится на невысоком уровне, но ожидается, что ее можно будет повысить на порядок. Тем не менее, несмотря на меньшую в сравнении с прочими гироскопами точность, микромеханические гироскопы обладают целым рядом уникальных достоинств, что делает их незаменимыми для многих применений.

Прежде всего – это малые габариты и масса, во много раз меньшие, чем у любого другого гироскопа. Датчики угловой скорости типа ADXRS150 и ADXRS300 фирмы Analog Devices выпускаются в миниатюрных корпусах размером 7×7×3 мм, вес такого прибора не превышает 0,5 г. Рекордно низкие массогабаритные показатели чувствительных элементов, обеспечиваемые микромеханической технологией MEMS, сочетаются с интеграцией всех необходимых электронных схем обработки сигнала в одной микросхеме

Важнейший для портативных автономных устройств параметр – это энергопотребление. Гироскопы ADXRS150 и ADXRS300 потребляют ток величиной 5 мА при номинальном напряжении питания 5 В. Этот параметр у ММГ сильно отличается в меньшую сторону по сравнению с прочими гироскопами [14].

Низкая стоимость датчиков угловой скорости (не превышающая десятков долларов) также ставит их в обособленное положение среди других гироскопов.

Кроме того, гироскопы отличаются высокой надежностью. В данных приборах для повышения надежности (впервые в коммерчески доступных гироскопах данного класса) предусмотрена встроенная система полного механического и электронного автотестирования, которая функционирует без необходимости отключения датчиков. Патентованные решения, которые воплощены в технологии MEMS, обеспечивают экстраординарную устойчивость датчиков к ударам и вибрации. Например, гироскопы ADXRS выдают стабильный выходной сигнал в присутствии механических шумовых колебаний с величиной ускорения до 2000 g в широком диапазоне частот.

Разумеется, достигнутые характеристики постоянно повышаются благодаря совершенствованию технологии MEMS. Таким образом, сочетание уникальных показателей сразу по многим параметрам позволяет данным приборам служить средством как для улучшения характеристик и возможностей имеющихся разработок, так и для воплощения новых, беспрецедентных конструкторских идей [14].

Рассмотрим подробнее основных производителей, устройство и принципы функционирования ММГ И ММА.