【技术】浅析EPSON陀螺仪传感器及其原理结构
陀螺仪传感器简介
陀螺仪传感器用于测量显示每单位时间内转动量的角速度（单位：度/秒）。在设计中经常与陀螺仪传感器相混合的是加速度计，因此我们需加以区分。陀螺仪传感器用于测量转动物体的角速度，而加速度计测量直线运动的物体的速度变化。用3轴陀螺仪传感器和3轴加速度计的共6轴测量这两种不同的物理量，就可捕捉物体的立体运动。
EPSON陀螺仪传感器的原理与结构
振动结构陀螺仪的原理（地球偏转力）
陀螺仪传感器是将传感器本身的转动量转换成电气信号后算出角速度。EPSON是利用传感器内部振动的振动结构陀螺仪的原理。当传感器受到外部施加的转动力时，利用传感器内振动部位垂直方向所产生的地球偏转力（又称为“科里奥利力”，指在转动的座标系中起作用的惯性，见图1）使传感器内产生新的振动，通过该振动求出角速度。
EPSON陀螺仪的原理
EPSON陀螺仪传感器的内部振动部分采用石英材料，并使用并列排放T型石英的“双T型结构”。 压电效应和逆压电效应是石英的性质之一。施加压力后产生与压力成正比的电荷的现象称为压电效应；相反，施加电场后压电体自身变形的现象则称为逆压电效应。振动结构陀螺仪产品大多利用压电效应，而EPSON则选用了单结晶、物质稳定的石英作为原材料。
双T型结构左右对称，如图2所示，由驱动臂、检测臂和位于中心的固定部分组成。传感器工作时在驱动臂上施加交变振动电场，使驱动臂保持左右振动的状态，以此抵消漏振使检测臂在中央保持静止状态（图2的（1），驱动臂的其中一方向左侧运动时，另一方朝右侧运动，左右驱动臂的运动相对称，所以位于中心的固定部不受力，检测臂保持静止），从而可保证零点稳定。其后从外部向传感器施加转动力，驱动臂持续进行左右摆动的同时也受地球偏转力的影响，从而产生垂直方向的振动。为此，驱动臂的两侧中的一侧向上运动时另一侧向下运动，驱动臂上下振动使固定部也受转动力。固定部受力转动后，保持静止的检测臂开始左右振动。把检测臂的振动转换成电荷变化量，就可以检测出传感器所受转动的角速度。
EPSON陀螺仪的信号处理过程
本文以陀螺仪传感器（模拟输出）的基本信号处理为例进行说明。
• 在振荡电路中流过一定电流使驱动臂起振。
• 受到外部施加的转动力（角速度ω）后产生地球偏转力，检测检测臂的振动。
• 放大检测出的信号后，进行波形补偿。
• 将相位移动90 度后的驱动臂振动波形与检测臂的振动波形相比较，计算出角速度。（检测臂转动±30°时输出信号的相位不同，因此将输出波形与驱动振动的波形相比较，即可求出正确的角速度和转动方向）。
• 进行输出调整，得出输出角速度相应的电压。
如上所述，模拟输出陀螺仪传感器从微弱的检测信号中分离出地球偏转力信号并将其放大后，输出与角速度成比例的电压，从而实现感应。
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EPSON 陀螺仪传感器选型表
EPSON提供陀螺仪传感器以下参数选型，Detaction Range（°/s）：+/-100°/s to +/-400°/s
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产品型号
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品类
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Model
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Interface
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Detection axis
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Detaction Range（°/s）
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Scale factor(°/s)
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Bias
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Non linearity
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VDD（V）
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Operating temperature（°C）
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Freuency characteristic（Hz）
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Current consumption（mA）
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X2A000031000100
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陀螺仪传感器
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XV-9100LV
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Analog Voltage
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Z axis
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+/-100°/s
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0.004 x VDD mV / (°/s)
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0.5VDD mV
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+/-0.5% FS
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4.75 to 5.25 V
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-40 to +125°C
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50Hz Typ.
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6.7mA Typ.
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选型表 - EPSON 立即选型
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