微機械陀螺儀的新進展及發(fā)展趨勢

岳沛林

[摘要]在我國經(jīng)濟與社會快速發(fā)展的今天，陀螺技術(shù)與微電子機械系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生的微機械陀螺儀在我國應(yīng)用領(lǐng)域大放異彩，而本文結(jié)合相關(guān)文獻資料對微機械陀螺儀的新進展及發(fā)展趨勢展開了具體研究。

[關(guān)鍵詞]微機陀螺儀 進展 發(fā)展趨勢

最早接觸微機械陀螺儀是在初中智能手機的說明書中，而由此萌發(fā)的興趣使得筆者多年以來一直關(guān)注微機械陀螺儀的相關(guān)發(fā)展，本文就微機械陀螺儀的新進展及發(fā)展趨勢展開的研究便源自于筆者的日常調(diào)查與研究，希望這一調(diào)查與研究內(nèi)容能夠使更多的人了解、喜歡上微機械陀螺儀。

一、微機械陀螺儀的應(yīng)用

對于微機械陀螺儀來說，不同的微機械陀螺儀擁有著不同的應(yīng)用環(huán)境，而這種應(yīng)用環(huán)境的區(qū)分便來自于其自身精度的劃分，一般來說微機械陀螺儀存在著低、中、高三種精度，而這三種精度劃分也可以稱為速率級、戰(zhàn)術(shù)級以及慣性級，一般來說速率級的微機械陀螺儀多用于消費電力、機器人以及汽車導(dǎo)航領(lǐng)域，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫闹悄苁謾C采用的便是速率級的微機械陀螺儀，這種低精度的微機械陀螺儀已經(jīng)能夠較好滿足我們?nèi)粘Ｉ钆c娛樂的需要；而對于中精度的戰(zhàn)術(shù)級微機械陀螺儀來說，這種微機械陀螺儀多用于飛機上的姿態(tài)航向參考系統(tǒng)；而對于高精度的慣性級微機械陀螺儀來說，船舶導(dǎo)航、航空與航天定位是這類微機械陀螺儀的主要應(yīng)用領(lǐng)域。值得注意的是，受科技發(fā)展限制，慣性級的高精度微機械陀螺儀在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用較少，而軍用、高新科技領(lǐng)域是這類高精度慣性級微機械陀螺儀的主要應(yīng)用領(lǐng)域，這就使得商用領(lǐng)域應(yīng)用這類高精度慣性級微機械陀螺儀仍舊遙遙無期。

在我國日常使用的智能手機、數(shù)碼相機、平板電腦中，微機械陀螺儀都是極為重要的部件，雖然這些領(lǐng)域使用的微機械陀螺儀只是低精度的速率級微機械陀螺儀，但其帶來的便利卻切實的改變了我們的生活。之所以微機械陀螺儀能夠在我國多種領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較為廣泛的應(yīng)用，其自身具備的體積小、價格低、功耗小、可靠穩(wěn)定等優(yōu)點是這一廣泛應(yīng)用實現(xiàn)的原因所在，我國當(dāng)下軍用領(lǐng)域的智能炸彈、滑翔彈、無人機等，也已經(jīng)實現(xiàn)了微機械陀螺儀的廣泛應(yīng)用。

二、微機械陀螺儀的發(fā)展現(xiàn)狀

在近年來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，微機械陀螺儀也實現(xiàn)了較為長足的進步，硅基微機械陀螺儀、微機械壓電振動陀螺、懸浮轉(zhuǎn)子陀螺等都是這一發(fā)展的具體表現(xiàn)。對于硅基微機械陀螺儀來說，其可以具體分為音叉式微機械陀螺、解耦微機械陀螺、微機械振動環(huán)型陀螺、多自由度（Multi DoF）MVGs等，這其中的音叉式微機械陀螺也存在具有低寄生電容的3D電容音叉陀螺形式，這種寄生電容的較低是這種微機械陀螺儀的優(yōu)勢所在，而對于解耦微機械陀螺，這種微機械陀螺儀具備陀螺的使用簡便性，這就使得其能夠較好為我們提供服務(wù)；而對于微機械壓電振動陀螺來說，這種微機械陀螺儀可以具體分為壓電陶瓷微機械振動陀螺、固態(tài)聲學(xué)陀螺、石英微機械陀螺三類，這其中的壓電陶瓷微機械振動陀螺誕生于日本兵庫大學(xué)，陀螺結(jié)構(gòu)和參考振動得到了較好優(yōu)化是這一微機械陀螺儀的優(yōu)勢所在，而對于固態(tài)聲學(xué)陀螺來說，外部電路結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低是其優(yōu)勢所在，而結(jié)合這一優(yōu)勢我們不難發(fā)現(xiàn)，這一微機械陀螺儀具備著較強的發(fā)展?jié)摿Γ欢鴮τ趹腋∞D(zhuǎn)子陀螺來說，其主要包括微機械靜電懸浮轉(zhuǎn)子陀螺、磁懸浮轉(zhuǎn)子陀螺兩類，這其中的微機械靜電懸浮轉(zhuǎn)子陀螺具備轉(zhuǎn)速高、精準(zhǔn)度好的優(yōu)點，而磁懸浮轉(zhuǎn)子陀螺則具備可檢測出上、下電磁體電壓間的壓差特點，這一特點使得該微機械陀螺儀有著較好的發(fā)展前景。

三、微機械陀螺儀的未來發(fā)展趨勢

在上文中我們較為全面的了解了微機械陀螺儀的發(fā)展現(xiàn)狀，而為了更為深入的了解微機械陀螺儀，我們還有必要了解微機械陀螺儀的發(fā)展趨勢，結(jié)合相關(guān)文獻資料與自身實際調(diào)查，筆者將這一發(fā)展趨勢概括為核磁共振陀螺、微原子陀螺、超流體陀螺三類。具體來說，所謂核磁共振陀螺指的是運用量子物理、光、電磁和微電子等領(lǐng)域技術(shù)實現(xiàn)的微機械陀螺儀，這種微機械陀螺儀由于所使用技術(shù)的特別，將能夠在核等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)較好的應(yīng)用；而對于微機械陀螺儀這類微機械陀螺儀來說，這類微機械陀螺儀本身源于激光冷卻與操控原子技術(shù)的發(fā)展，如果這類微機械陀螺儀能夠真正實現(xiàn)普及應(yīng)用，其就能夠?qū)崿F(xiàn)誤差在5m以內(nèi)的導(dǎo)航，這對于我國航空、航天等多種領(lǐng)域的發(fā)展都將帶來較為積極的影響；而對于超流體陀螺來說，這類微機械陀螺儀源于低溫氦的特殊量子物理效應(yīng)，在這一效應(yīng)的支持下，超流體陀螺能夠使微機械陀螺儀具備體積更小、動態(tài)測量精度更高等優(yōu)點，這些優(yōu)點對于我國未來科技的發(fā)展有著較為積極的意義，這也是我國近年來大力開展微機械陀螺儀研究的原因所在。

四、結(jié)論

微機陀螺儀已然成為微電子技術(shù)中不可或缺的部分，上至航空航天，下至日常娛樂，微機陀螺儀在各個領(lǐng)域發(fā)揮著它的作用。一些發(fā)達(dá)國家已在微機陀螺儀研究方面取得重大進展，獲益匪淺。

在我國科技快速發(fā)展、工業(yè)不斷增長的時代背景下，微機陀螺儀作為一個重要的電子傳感器，其重要性不言而喻。然而大眾對微機陀螺儀的認(rèn)知存在不足，對其原理、類型不夠了解，因此，讓更多人了解微機陀螺儀的發(fā)展、應(yīng)用和前景是很有必要的。