返回首页

mems光学(mems光学相控阵)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-05 15:21   点击:159  编辑:admin   手机版

1. mems光学

陀螺仪由1850年法国物理学家莱昂·傅科在研究地球自传中获得灵感而发明出来的,类似像是把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上,靠陀螺的方向来计算角速度,和现在小巧的芯片造型大相径庭。

陀螺仪发明以后,首先被用在航海上(当年还没有发明飞机),后来被用在航空上。因为飞机飞在空中,是无法像地面一样靠肉眼辨认方向的,而飞行中方向都看不清楚危险性极高,所以陀螺仪迅速得到了应用,成为飞行仪表的核心。

到了第二次世界大战,各个国家都玩命的制造新式武器,德国人搞了飞弹去炸英国,这是今天导弹的雏形。从德国飞到英国,千里迢迢怎么让飞弹能飞到,还能落到目标呢?于是,德国人搞出来惯性制导系统。惯性制导系统采用用陀螺仪确定方向和角速度,用加速度计测试加速度,然后通过数学计算,就可以算出飞弹飞行的距离和路线,然后控制飞行姿态,争取让飞弹落到想去的地方。不过那时候计算机也好,仪器也好,精度都是不太够的,所以德国的飞弹偏差很大,想要炸伦敦,结果炸得到处都是,颇让英国人恐慌了一阵。

不过,从此以后,以陀螺仪为核心的惯性制导系统就被广泛应用于航空航天,今天的导弹里面依然有这套东西,而随着需求的刺激,陀螺仪也在不断进化。

传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪,机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高,结构复杂,它的精度受到了很多方面的制约。

自从上个世纪七十年代以来,现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年 等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想,到八十年代以后,现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展,与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑,灵敏度高,工作可靠等等优点,所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪,成为现代导航仪器中的关键部件。

同时,激光陀螺仪也有突破,它通过光程差来测量旋转角速度,优点和光纤陀螺仪差不多,但成本高一些。

而我们现在智能手机上采用的陀螺仪是MEMS(微机电)陀螺仪,它精度并不如前面说到的光纤和激光陀螺仪,需要参考其他传感器的数据才能实现功能,但其体积小、功耗低、易于数字化和智能化,特别是成本低,易于批量生产,非常适合手机、汽车牵引控制系统、医疗器材这些需要大规模生产的设备。

2. mems光学相控阵

根据有无机械部件来分,激光雷达可分为机械激光雷达和固态激光雷达。固态激光雷达则无需机械旋转部件,主要依靠电子部件来控制激光发射角度,机械激光雷达带有控制激光发射角度的旋转部件。机械激光雷达主要由光电二极管、MEMS反射镜、激光发射接受装置等组成,其中机械旋转部件是指可360°控制激光发射角度的MEMS发射镜。

固态激光雷达则与机械激光雷达不同,它通过光学相控阵列(OpticalPhasedArray)、光子集成电路(PhotonicIC)以及远场辐射方向图(FarFieldRadiationPattern)等电子部件代替机械旋转部件实现发射激光角度的调整。

由于内部结构有所差别,两种激光雷达的大小也不尽相同,机械激光雷达体积更大,总体来说价格更为昂贵,但测量精度相对较高。而固态激光雷达尺寸较小,成本低,但测量精度相对会低一些。

此外,相比固态激光雷达,机械激光雷达有一个更为明显的优势就是其360°视场,可以在机器人或汽车的顶部固定安装一个激光雷达,便可360°感知周围环境,反观固态激光雷达,需要固定在某些适当的位置,视场角一般在120°以内,因此,如应用于无人车中,至少需要用到4台才能达到机械式激光雷达一样的覆盖范围,数量越多,也意味着成本越高。

固态激光雷达还有另一个不大明显的优势,人眼安全法规允许运动的激光源发射比固定激光源更高的功率。

所有1级安全系统的设计必须确保人员不眨眼直视激光设备数秒钟,仍然不会受到伤害。

当采用固态扫描单元时,如果人眼处于激光扫描器几英寸的地方,可能会导致100%的激光射入眼内。但是如果采用机械激光雷达时,激光只集中于某个特定的方向,只有360°旋转的一小部分。因此,机械激光雷达可以为每个激光脉冲提供更高的功率,而不会造成眼睛损伤。这样可以更容易地检测到返射光,因此在可预见的未来,机械激光雷达可能要比固态激光雷达具有更大的探测范围优势。

同时,大部分领先的固态激光雷达设计,都面临着“远距离探测”这个显著的挑战。

MEMS系统中的微型扫描镜能投射的激光量有限。这使得远处物体反射激光束并被探测的难度很大。光学相控阵方案相对于其它技术,产生的光束发散性更大,因此很难兼顾长距离、高分辨率和宽视场。

而对于泛光成像激光雷达,每次发射的光线会散布在整个视场内,这意味着只有一小部分激光会投射到某些特定点。此外,光电探测器阵列中的每个像素都必须非常小,限制了它可以捕捉的反射光量。

3. mems光学气体传感器

  MEMS陀螺仪即硅微机电陀螺仪,绝大多数的MEMS陀螺仪依赖于相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力。MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是指集机械元素、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。mems陀螺仪的特点:  MEMS陀螺仪是利用 coriolis 定理,将旋转物体的角速度转换成与角速度成正比的直流电压信号,其核心部件通过掺杂技术、光刻技术、腐蚀技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的,它主要特点是  

1. 体积小、重量轻,其边长都小于 1mm,器件核心的重量仅为1.2mg。  

2. 成本低  

3. 可靠性好,工作寿命超过 10 万小时,能承受1000g 的冲击。  

4. 测量范围大

4. mems光学传感器 cmos传感器

       苏州固锝属于全国电子行业半导体十大优秀企业。主要经营范围是半导体整流器件芯片、功率二极管、整流桥和 IC 封装测试。其中公司整流二极管销售额连续十多年是中国领头羊,同时公司拥有 MEMS-CMOS 三维集成制造平台技术及八吋晶圆级封装技术,这一技术将公司的技术水平从国内先进提升至国际先进,有了更明显的进步。

5. mems光学防抖

陀螺仪无法关闭。

关闭了陀螺仪,手机屏幕的触控都会受影响,所以手机不容许关闭陀螺仪的。

手机陀螺仪具体作用

1、现在智能手机上采用的陀螺仪是MEMS(微机电)陀螺仪,手机中陀螺仪的运用首先用在游戏的控制上,相比传统重力感应器只能感应左右两个维度的(多轴的重力感应是可以检测到物体竖直方向的转动,但角度难判断)变化,陀螺仪通过对偏转、倾斜等动作角速度的测量,可以实现用手控制游戏主角的视野和方向。

2、可以帮助手机摄像头防抖。在我们按下快门时,陀螺仪测量出手机翻转的角度,将手抖产生的偏差反馈给图像处理器,用计算出的结果控制补偿镜片组,对镜头的抖动方向以及位移作出补偿,实现更清晰的拍照效果。

3、能辅助GPS进行惯性导航。特别是在没有GPS信号的隧道、桥梁或高楼附近,陀螺仪会测量运动的方向和速度,将速度乘以时间获得运动的距离,实现精确定位导航,并能修正导航线路。

6. mems光学传感器综述

MEMS以微型传感器和传动器使系统具备感知和控制能力,是系统的眼睛和手臂。

美国政府曾通过国家科学基金对MEMS的早期研究与开发提供了大力支持。其投资增长很快,1991年投入的资金只有约300万美元,而1995年就达到了3500万美元,主要来自美国国防部。

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%