【TRANSDUCERS】陀螺儀性能提高10～100倍，實現(xiàn)技術(shù)相繼發(fā)布

MEMS傳感器的趨勢之一是小型化與低成本化，而另一趨勢則是高性能化。1990年前后MEMS陀螺儀的隨機游走（Random Walk）性能為100°/√h左右，現(xiàn)在則提高到了0.1°/√h左右（圖1）。20年內(nèi)提高了約1000倍。陀螺儀的尺寸也縮小到了20年前無法想象的程度，而且價格降低，便攜信息設備的用戶界面及導航功能等也發(fā)展到了20年前難以想象的程度。

       但是，陀螺儀是性能具有5～6位數(shù)變化范圍的傳感器，高級導航儀用陀螺儀具備0.0001°/√h的性能。MEMS陀螺儀的性能還可以再提高10～100倍，最近，以此為目標的研發(fā)活動十分盛行，“TRANSDUCERS 2013”上也明顯反映出了這種趨勢。如果性能比目前再提高10～100倍的陀螺儀能夠降低到與目前相同的價格，那么就會像20年前那樣，出現(xiàn)目前想象不到的用途。屆時，導航儀級別的高性能陀螺儀，以及性能低但帶寬大的觸摸級別陀螺儀也許會配備在“未來的某些設備”上。

       陀螺儀的高性能化有兩個方向，一個是采用MEMS技術(shù)使宇航用高性能陀螺儀HRG（Hemispherical Resonator Gyro）實現(xiàn)超小型化的方向（通過DARPA項目實施），另一個是改進傳統(tǒng)QMG（Quadrature Mass Gyro）的方向。在本屆“TRANSDUCERS 2013”上，雖然也有論文介紹前者的研發(fā)進度（論文序號：T3P.118、W3P.009等），但介紹后者的論文更多（比如“Physical Microsystems 3”研討會）。因為二者采用科氏力的陀螺儀原理相同，所以原理方面的目標是一樣的，但后者的方向是制造工藝不變，通過作用機理和電路的設計來競爭，因此無廠企業(yè)可能會比較順利地實現(xiàn)研發(fā)成果的實用化。（特約撰稿人：田中 秀治，東北大學）


圖1 MEMS陀螺儀的性能提高（出處：Navid Yazdi、 Farrokh Ayazi、 Khalil Najafi、 Proc. IEEE、 86、 8 (1998) 1640）（點擊放大）