当前课程知识点：集成传感器 > 第二章 > 第3节 电容式力传感器 > 2-3-3 电容角速度传感器
这一节我们来介绍
电容式角速度传感器
角速度传感器又称之为陀螺仪
用来测量运动物体
相对于惯性坐标系的转动角速度
由于角速度传感器
和加速度传感器
都是基于惯性定律
而制作的传感器
所以这两种传感器
被并称为惯性传感器
将角速度传感器与加速度传感器
集成在一起
我们可以称之为惯性测量单元
惯性测量单元在很多领域
都已经获得了广泛的应用
比如说导航
比如说我们现在的
很多消费电子类产品
如智能手机等等
电容式角速度传感器的工作原理
是基于所谓的哥氏效应
哥氏效应的基本原理
可以用这样一个图来描述
假设一个质量块m
固连在坐标系的YOX平面
而这个坐标系绕Z轴
以角速度ω旋转
假设质量块m沿X轴的方向
与相对旋转坐标系
以速度v来运动的话
则这个质量块上
会由于哥氏效应
而产生一个哥氏力
这个哥氏力等于负的2m
括号ω叉乘v括号
即这样一个式子来表述
这里我们需要注意ω
和v的乘积
是一个矢量之间的叉乘
而前面的负号
指代的是力的方向
在刚才我们假设的坐标系
和质量块m运动的条件下
质量块m沿着X方向运动
它就会受到一个
y方向的哥氏力
如果我们能够检测出
m所受到的y方向的
哥氏力的大小
通过这样一个哥氏效应
产生哥氏力的公式
就可以得到角速度ω
的大小
哥氏力直接与坐标系的
角速度ω成正比
根据这样一个工作原理
我们可以设计多种的
电容式角速度传感器的结构
首先我们介绍一种
框架式的电容式
角速度传感器
由这个图所示
在这样一个结构中
质量块上制作有梳齿驱动结构
通过静电梳齿结构
可以驱使质量块m
在x方向进行振动
当有y方向的角速度
输入的时候
质量块m由于哥氏力的作用
会沿z轴方向振动
如果我们能够测到
质量块m与基底之间
电容的变化
我们就可以得到y方向
输入的角速度的值
另外一种电容式
角度传感器的结构
我们称之为
音叉式角速度传感器
这种结构的原理图
如这个图所示
音叉式角速度传感器中
包含有一对对称的质量块
这两个质量块
在电磁力或者静电力的作用下
可以沿x轴
做等幅反向的振动
假如有外加角速度
沿y方向输入的话
哥氏效应产生的哥氏力
将会使两个质量块
分别产生向上和向下的
离面运动
如果我们能够检测得到
这两个质量块与基片之间的
差分电容的变化
我们就可以得到y方向
输入的角速度的信息
第三种电容式角速度传感器
我们称之为振动轮式
在这样一个结构中
一对与x轴镜像对称的质量块
在xy平面内
绕z轴做等幅反向的角振动
输入的角速度沿y轴方向
那么哥氏力就会使两个质量块
分别向上和向下做离面运动
同样如果我们能检测到
这两个质量块与基片之间的
差分电容的变化
我们就可以得到
输入角速度的值
类似于电容式加速度传感器
电容式角度传感器
也获得了很大的成功
在很多领域内
获得了大量的应用
下面这个图
是一个典型的电容式
角速度传感器的扫描电镜照片
通过将三轴的角速度传感器
和三轴的角加速度传感器
我们可以集成一个6自由度的
集成惯性测量单元
而这类集成度相当高的传感器
已被多家公司实现产业化
并且获得了大量的应用
-第1节 什么是传感器
-第2节 什么是集成传感器
-第3节 集成传感器的应用
-第4节 硅材料与半导体物理简介
-第5节 半导体器件简介
-第1节 集成力传感器
-第2节 集成压阻压力传感器
-第3节 电容式力传感器
-第二章--习题
-第1节 温度传感器简介
-第2节 硅热敏电阻
-第3节 PN结温度传感器
-第4节 双极型晶体管温度传感器
-第5节 热电传感器
-第三章--习题
-第1节 湿度传感器简介
-第2节 湿度的定义与检测方法
-第3节 多种原理的集成湿度传感器-1
-第4节 多种原理的集成湿度传感器-2
-第四章--习题
-第1节 磁传感器简介
-第2节 霍尔效应
--5-2 霍尔效应
-第3节 霍尔传感器的设计
-第4节 霍尔传感器的示例
-第五章（上）--习题
-第5节 磁电阻传感器
-第6节 磁敏二极管
-第7节 磁敏三极管
-第五章（下）--习题
-第1节 光波与光传感器简介
-第2节 光电导效应与光敏电阻
-第3节 光敏二极管和三极管-1
-第六章（上）--习题
-第4节 光敏二极管和三极管-2
-第5节 光电池
--6-5 光电池
-第6节 图像传感器
-第六章（下）--习题
-第1节 气体传感器概述
--Video
-第2节 气体传感器分类及性能指标
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-第3节 接触（催化）燃烧式气体传感器
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-第4节 电阻式金属氧化物半导体传感器
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-第5节 电化学式气体传感器
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-第6节 MOSFET型气体传感器
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-第7节 集成气体传感器实例和未来
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--Video
-第七章（下）--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-第一部分 引言与智能传感器
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-第二部分 无线传感网络、总结与展望
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-第八章--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
