原创 《一砂一世界》书评(4) 想破脑袋的变态“旋转”

2019-11-29 15:52 788 9 7 分类: 通信 文集: 技术书籍读后感

《一砂一世界 一书读懂MEMS产业的现状与未来》读后感(4) 想破脑袋的变态“旋转”
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首先非常感谢面包板社区,提供给我这次试读机会。这是我最后一次发表读后感。
第一期: (1)封印在芯片中的机械
第二期: (2)测量速度的流数
第三期: (3)关于加速传感器轴数的一点说明

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上期想要诸位老铁的点赞没有成功呀。 真的很遗憾。
1)传感器类型很多,各种效应,还有很多探头外露于芯片之外的传感器;
2)另外, 《一砂一世界》书中商战部分着墨最多,古今中外的商战, 读起来津津有味,好想写一套春秋战国故事评书... ...
不过呢,就这样,那么,好吧,本期我们就来结束这个系列。
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上期说到了 加速度的测量,测量加速度有什么用呢?

1) 测量重力加速度,可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。苹果手机倾斜时屏幕会随之旋转
   手机的水准仪工具,屏幕上的气泡就会移到合适位置,就像一个物理上真实的水准仪一样
2)测量动态加速度,可以计算出设备的移动速度。高速路导航时就能知道自己是不是超速了
3)对行走的机器人来说,必须要通过MEMS加速度计才能知道自己是爬坡呢还是下坡?是不是在摔倒?
4)对无人机来说更加重要,需要极快频率读取这些数据并快速响应,才能在风吹过时位置正确的飞行姿势
5)最新的笔记本电脑里内置了MEMS加速度计,当笔记本跌落时,能及时关闭硬盘,避免磁头磕碰
6)汽车行业是MEMS加速度计的大用户,例如各种速度仪,针对发动机的各种振动传感器,馈入行车控制电脑
7)安防领域里的,汽车碰撞发生时检测到极大的加速度,膨胀开防撞气囊

《一砂一世界 一书读懂MEMS产业的现状与未来》书对加速度传感器部分,讲得比较详尽。

但是,对 MEMS陀螺仪 的工作原理的介绍 就~太~简~单~了~~~!


我实在是想象不出来,三环套月的那套东西是如何微缩到芯片中的?
首先,不能像直线加速度那样,只做一个方向的陀螺仪。陀螺仪必须是三维的。一维二维的陀螺仪,原理就不正确。
其次,旋转件的不行。别的不说,光是旋转件的中心轴,是不可能微缩到微米尺度的。


固态硬盘以后,日本那家生产机械硬盘轴的公司,好像是转行生产电动汽车马达去了。
千万不要小看了硬盘和光盘的这个旋转轴。如果缩小到毫米,微米尺度,而且不能用特种钢,除非轴和轴套全部用微缩金刚石,如果只能用砂子SiO2什么的,兄弟我用人头担保,你这种旋转件如果长时间连续转动起来一定到最后是碎得稀里哗啦的!
除了机械强度外,润滑,散热,质量的均匀分布,以及旋转件的电路引线,都绝对无法解决!

掩卷长思,怎么也想不到 如何去实现 “微缩的旋转”??
我认为:MEMS 里面的微雕结构,是绝对不可能有“旋转件”这种东西的,除非真的可以微缩金刚石的轴和轴套进去。

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面包板社区 有这篇文章:https://forum.mianbaoban.cn/topic/70965_1_1.html
多图解析,MEMS陀螺仪工作原理; 感觉好 隔靴搔痒呀,没搔到痒处,反而搔得浑身更痒啦。写这篇文档的兄弟,对不住啦~!
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后来仔细研读 原书中P55 的这几句话:

在设计上按照一个音叉机制运转。
电机驱动部分通过静电驱动的方法,使机械原件前后振荡,产生谐振。
利用科里奥利力把角速度转换成一个特定感应结构的位移,两个正在运动的质点向相反方向做连续运动。
只要从外部施加一个角速度,就会出现一个力,力的方向垂直于质点的运动方向。

各位小伙伴们,关于MEMS陀螺仪工作原理的这些关键技术内容描述,大家看懂这些了吗?

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后来我无意中想到了: 正弦是圆周运动的投影,感觉有点拨云见日。

MEMS的结构,有执行部分,这个执行部分可不是吃闲饭的。在直线加速度,可能可有可无吧;但在陀螺仪部分,是必不可少的。

MEMS产生周期性的正弦波来控制 陀螺仪的运动构建产生正弦式的振动,并测量运动结果。
如果没有角速度变化,接收到的信号就是控制信号的一个变形,记下这个信号作为参照标准;
如果有角速度变化,则接收到不同的信号;减去参考信号,得到的其实是 科里奥利力的一个分量;
如果在X-Y-Z三个坐标方向,同步测试,然后把三个方向的 科里奥利力分量 进行整合,
就能够得到还原出 X-Y-Z 三个坐标方向的角速度变化

所以 MEMS陀螺仪,必须要求 执行结构,反馈测试,还要有 计算单元,能够规整三个方向的测试;
这样就不需要 旋转结构了。三个方向的正弦振荡,就相当于有个三环套月的小玩意啦!


从这个原理上来看,MEMS陀螺仪应该必须是三维的;
不过如果有一天,没准哪里冒出来一个 二维陀螺仪,我可又得想破脑袋啦。


我这样理解对不对,诸位老铁们可以在评论区留言呀!
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好啦,本系列终结,暂时就写到这里啦,搁笔 ;-)

作者: FPFA兔兔爸, 来源:面包板社区

链接: https://www.mianbaoban.cn/blog/uid-me-1729144.html

版权声明:本文为博主原创,未经本人允许,禁止转载!

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文章评论 5条评论)

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小远 2019-12-12 09:28

奥,原来如此,一开始我也很难形象的理解科里奥利力,“正弦是圆周运动的投影”这句话真是拨云见日。用正弦运动代替旋转的陀螺,圆周运动对轴方向的力有抗性,那么正弦运动对法线方向应该也有抗力,原来如此!

curton 2019-12-3 15:47

厉害 啊

设计人 2019-12-3 11:09

手动再给你赞+1!!!!!!

设计人 2019-12-3 11:09

手动再给你赞+1!!!!!!

dmm8 2019-12-2 15:51

手动再给你赞!!!!!!
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