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mems陀螺仪工艺流程MEMS陀螺仪工艺流程一、引言MEMS陀螺仪是一种基于微电子机械系统技术的传感器，用于测量和检测物体的旋转速度和方向。
它在许多领域都有广泛应用，如汽车、航空航天、无人机等。
本文将介绍MEMS陀螺仪的工艺流程，包括制备芯片、封装和测试等环节。
二、MEMS陀螺仪的制备1. 芯片设计与制作MEMS陀螺仪的制备首先需要进行芯片的设计。
设计师根据产品需求，使用CAD软件进行设计，并生成相应的掩膜图。
然后，利用光刻技术将掩膜图转移到硅片上，形成陀螺仪的结构。
2. 制备陀螺仪结构制备芯片的下一步是利用深度刻蚀技术，将硅片刻蚀成所需的结构。
刻蚀过程需要借助化学气相刻蚀装置，通过控制刻蚀气体的流量和时间，使硅片表面形成陀螺仪的结构。
刻蚀结束后，还需要进行清洗和干燥等处理，以确保结构的完整性和纯净度。
3. 制备陀螺仪传感器制备陀螺仪传感器是制备陀螺仪的关键步骤之一。
传感器通常由压电材料制成，可以将旋转运动转化为电信号。
制备传感器的过程包括选择合适的材料、沉积和刻蚀等工艺。
其中，压电材料的选择对陀螺仪的性能影响较大，需要根据具体需求进行优化。
4. 制备陀螺仪控制电路陀螺仪控制电路是用于采集和处理传感器信号的电路。
制备控制电路的过程主要包括设计电路原理图、选择合适的器件和制作电路板。
其中，电路板的制作需要使用印刷电路板制作技术，将电路原理图转移到电路板上，并通过焊接等工艺连接各个器件。
三、MEMS陀螺仪的封装1. 切割和研磨制备好的芯片需要进行切割和研磨，以得到单个的陀螺仪芯片。
切割和研磨过程需要使用专用的切割机和研磨机，根据芯片的尺寸和要求进行操作。
切割和研磨后，还需要进行清洗和检查等步骤，确保芯片的完整性和质量。
2. 封装芯片封装是将芯片封装到外部包装中，以保护芯片并方便连接其他设备。
封装过程包括胶合、焊接和封装等步骤。
首先，将芯片背面涂上胶水，然后将其粘贴在封装底座上。
接下来，将芯片与封装底座上的金线焊接连接，形成电气连接。
陀螺仪的安装以及设定陀螺仪在模型直升机上扮演着相当重要的角色，尾舵的安定与否，就全看它的表现。
随着科技的进步，从机械式陀螺仪、压电式陀螺仪，一直演进到目前最流行的机头锁定(Heading Lock)压电式陀螺仪。
虽然设定的方法，因品牌及型号的不同而有所差异，但其基本的观念都是一样的。
所以只要观念正确，无论是使用哪一种陀螺仪，应该都可轻松上手。
㈠陀螺仪的种类1.由构造来区分机械式：感测器采用马达高速运转来产生陀螺效应，再利用电磁感应器来侦测偏向速度。
优点是价格低廉，缺点是反应慢、准确度低、耗电、寿命短、重量大、怕振动。
(例如Futaba 153 BB)压电式：感测器采用压电晶体。
优点是反应快、准确度高、耗电小、寿命长、重量轻，缺点是价格贵。
但近年来价格有愈来愈低廉的趋势。
温度是压电式陀螺仪的致命伤，会导致中立点偏移，所幸压电式陀螺仪内部都有温度自动修正的设计。
(例如JR NEJ-900、JR NEJ-3000、Futaba G-301、Futaba G-501) 锁定式：最新式的陀螺仪。
强调能使尾舵保持稳定不会偏向，没有"风标效应"(Weathercock Effect)。
适合3D花式特技使用，但却不适合F3C的飞行动作。
(例如JR 550T、JR 5000T、Futaba GY-501、CSM 360、CSM 540)2.由感度来区分单段式：只能设定一种感度，由控制盒上的旋纽来调整感度值。
优点是价格低廉，缺点是只有一种感度、无法同时适合静态飞行及上空飞行。
(例如JR G-400、GWS PG-01、CSM 180)二段式：能设定二种感度，您的遥控器必须具备切换感度的功能。
依调整感度值的方式不同，又可分为以下二种。
由控制盒上的旋纽来调整感度值。
H(high)旋纽控制高感度值，L(low)旋纽控制低感度值。
(例如Futaba G-501)控制盒无调整感度的旋纽，必须由遥控器来调整感度值，所以您的遥控器必须具备设定感度的功能。
双质量硅微机械陀螺的固有频率温度及特性研究摘要：双质量硅微机械陀螺装置是根据计算机电控系统技术的主要原理内容进行梳理的，并联合新型结构的调整措施实现整体小体积、轻质量、低耗能和荷载水准的开发，使其能够全面抵受恶劣环境的摧残，并深度开拓适应汽车牵引系统的支持潜力，促进行驶过程中的稳定校准功效，保证摄像机搭建校正下的创新领域的完善。
但实际的硅微机械振动式陀螺使用环节中受到一定耦合信号和温度效应的影响，不利于其整体工作质量的开发能力得到展现。
因此，需要利用科学技术进行细致分析，争取全面改善该机械陀螺的性能，保证内部温度误差问题可以得到有效解决，促进机械电控事业的综合发展。
关键词：双质量硅微机械陀螺；电耦合信号；温度效应；特性内容；现状分析前言：利用硅微机械陀螺的实际构造结构和工作原理进行融合分析，并开放静电驱动设备实现系统动力中心的检测，保证在此基础上的固有运作频率能够满足实际设备驱动的稳定效果，配合机械现实灵敏感应能力进行电耦合误差基础资料的整理。
在误差影响因素相对齐全的前提下，利用驱动频率调制整改技术进行电耦合信号消除方案的整理，并联合适当的电路原理知识进行验证。
1.我国硅微机械陀螺仪研究技术的现状根据国内各大知名院校的总体努力，对MEMS的基础技术原理和应用改革做了必要的调整，尽管一切操作支持活动还只是停留在实验室样机试用状态，但实际的陀螺仪温度稳定维持能度基本可以控制在每小时30度左右。
针对现下需要解决的实际问题就是全面拆解密闭腔内的电耦合误差布局，争取对温度误差分布规律做到足够详细的处理，避免技术工艺的重复性覆盖，全面支撑电路的可靠运行以及周围温度环境的适应能力。
1.1.电耦合误差现状的分析硅微机械在振动式陀螺仪结构上做了一系列的调整，并且适当引用电路布局电容的实际状况资料，实现驱动装置位移条件下的具体敏感输出信号的格式把握。
主要包括驱动位移状况和输入角终端的敏感信号的电耦合隐患问题，在整体陀螺仪装置的信号输出环节中进行解析，其中可以作为利用的信号在输入角速度的呼应标准并不是相当明确。
第三章 光纤陀螺温漂补偿3.1 光纤陀螺性能指标光纤陀螺是FOGSS 的关键性元件。
它的精度最终决定了系统能做到的最好性能。
因此，对光纤陀螺仪作细致的误差处理是很有必要的。
FOG 在静止状态下，其输出可以看作是一个噪声信号和一个缓慢变化的均值（零漂）信号的叠加，并且受温度和初始启动条件的影响极大。
但是光纤陀螺的温度特性不是没有规律的，通过一定的补偿算法，可以大大提高其性能，从而达到应用要求。
其他性能指标有：标度因子的线性度和稳定性。
这两个指标在捷联稳定装置中会影响FOG 的测量时的精度，一般来说，对于中低精度的光纤陀螺，这两项指标是很难提高的，所以稳定装置中较常用的稳定配置方式还是平台式稳定。
对于平台式稳定，它对陀螺的基本要求就是在陀螺零转速信号的工作特性好，对标度因子没有什么苛刻的要求。
分析光纤陀螺性能的主要工具是谱密度方法和Allan 方差法[14][15][16]。
以下是光纤陀螺主要指标的简单描述，为后面温漂补偿前后陀螺性能提供一个比较的依据。
1． 零偏0B零偏指的是在温度恒定、陀螺相对惯性系静止情况下，陀螺残余信号中的直流分量。
实际上，零偏不是恒定的，它还受温度和其他因素（如强磁场）的影响。
由于环境温度的随机变化，使得零偏也是一个慢变的随机过程，反应的是陀螺长期的漂移特性，单位h /︒。
其计算近似可以表示为n S F B =0 （3－1） 式中F ：陀螺静止时输出量的平均值。
n S ：陀螺的标度因子bit/°/h 。
由反应零偏变化所派生出来的指标有a) 零偏稳定性(bias stability)s B 这一项指标反应的是陀螺静止时输出的波动幅度。
2/112)(111⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=∑=n i i s F F n K B （3－2）n 为采样次数，i F 为陀螺静止时的输出量。
b) 零偏重复性(bias repeatability)r B ：°/h2/12100)(11⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=∑=Q i i r B B Q B （3－3）式中 Q ：重复测试的次数；i B 0：第i 次测试的零偏； 0B ：零偏平均值。
参数设置模式的进入：遥控器模式开关（FUTABA-CH5）切换到非锁尾模式（指示灯变绿色），然后方向舵满舵5秒钟便可进入设置模式（此时指示灯变成红色，同时尾舵回到中位）。
参数设置模式退出：在参数设置模式时，只要切换到锁尾模式就可以退出参数设置模式，同时自动保存最后一次设置的参数，指示灯闪烁1秒钟。
1、舵机类型设置：陀螺仪进入参数状态后的第一个参数项就是“舵机类型”。
需要改变该参数项的内容，请在指示灯变成红色时，立即让方向舵回中。
通过观察指示灯的闪烁次数来了解当前参数项的值。
闪烁1次表示“舵机类型”为：模拟舵机1520uS/70Hz；闪烁2次表示“舵机类型”为：数字舵机1520uS/280Hz；闪烁3次表示舵机类型为：数字舵机760uS/560Hz；如果你需要改变“舵机类型”，只需打“半舵约0.3秒”一次，陀螺仪的“舵机类型”参数将会自动增加或减少一档，同时指示灯闪烁次数也随之增加或减少一次。
2：补偿方向设置：进入下一级参数项“补偿方向”，可打方向舵“满舵”约2秒钟后，陀螺仪指示灯变成绿色，说明陀螺仪已经进入“补偿方向”参数项，立即让方向舵回中。
A：此时可以通过观察指示灯的闪烁次数来了解当前参数项的值。
闪烁1次表示“补偿方向”为：正向；闪烁2次表示“补偿方向”为：反向；B：如果你需要改变“补偿方向”，只需打“半舵0.3秒”一次，陀螺仪的“补偿方向”参数将会自动增加或减少“1”，同时指示灯闪烁次数也随之增加或减少一次C：如果您需要“退出设置状态”，可直接将遥控器的感度开关切换到“锁尾模式”，此时，指示灯快速闪烁１秒钟后变成红色。
说明成功退回到正常工作状态的锁尾模式。
3：转向速度设置打方向“满舵”约2秒钟后，进入“转向速度”参数项后，指示灯变成蓝色，通过观察指示灯的闪烁次数来了解当前参数项的值。
闪烁1次表示“转向速度”为：最慢；闪烁10次表示“转向速度”为：最快；如果需要改变“转向速度”，只需打“半舵0.3秒钟”一次，陀螺仪的“转向速度”参数将会自动增加或减少“1”，同时指示灯闪烁次数也随之增加或减少一次。
基于Fuzzy-PID的陀螺仪温度控制系统设计
Temperature Control System of Gyroscope Based on Fuzzy-PID
摘要：陀螺仪是舰船上的重要组成部件，其性能的稳定对于舰船的控制至关重要。
将Fuzzy-PID算法应用于陀螺仪温度控制系统，以MCS-51单片机作为温度控制系统的核心部件，采用模糊PID算法以及其他的软硬件设计，实现了一套温度采集和控制的设计方案。
关键词：温度控制；Fuzzy-PID；陀螺仪
引言
---在舰船中，陀螺仪是关键的部件，陀螺球体与陀螺壳体之间的空间内充满悬浮液体。
陀螺球体质量和悬浮液体比重的选择，应确保在悬浮液体加热到工作温度以后，陀螺球体可以拥有中性浮力。
所以温度控制系统的设计应保证加热和保持充入陀螺部件的液体的常值工作温度为70±0.2℃，因为在这个温度上陀螺球体具有中性浮力。
---传统控制方法(包括经典控制和现代控制)在处理具有非线形或不精确特性的被控
对象时十分困难。
而温度系统为大滞后系统，较大的纯滞后可引起系统不稳定。
大量的应用实践表明，采用传统的PID控制稳态响应特性较好，但难以得到满意的动态响应特性。
模糊控制的优点是能够得到较好的动态响应特性，并且无需知道被控对象的数学模型，适应性强，上升时间快，鲁棒性好。
但模糊控制也存在固有的缺点，容易受模糊规则有限等级的限制而引起误差。
本设计中采用AT89C52作为控制内核，并采用了Fuzzy-PID复合控制。
弥补了单纯采用PID算法的不足。
对PID参数的模糊自适应整定进一步完善了PID控制的自适应性能，在实际应用中取得了很好的效果。
温度控制系统的工作原理
---陀螺仪温度控制系统主要由温度传感器、AT89C52单片机、A/D信号采集模块、可控硅输出控制及其他一些外围电路组成。
系统的被控对象是陀螺部件内的液体温度，执行机构是可控硅触发电路。
工作温度借助电桥测量。
电桥的三个臂是配置在控制系统内的电阻，第四个臂是陀螺部件加热温度传感器的电阻。
来自电桥的信号值通过高精度集成运放OP07进行差动放大、滤波，然后再送给A/D采样。
根据测量的电流端和电压端原理，电桥电压信号的采集采用三线制接法，如图1所示。
这是一种最实用又能较精确测温的方式，R4、R5和R6为连线和接触电阻。
由于采用上述三线制接法，调整R1即可使包括R5在内的电桥平衡，而R4可通过R6抵消，因此工业上常用这种接法进行精密温度测量。
控制部分采用Fuz zy-PID的复合控制使单片机输出PWM脉冲，进而控制执行机构输出到陀螺加热器的电流量，实现陀螺加热器的温度自动调节控制。
由于采用了模糊自适应PID控制算法，系统就可以在
没有操作者干预的情况下根据控制系统的实际响应情况，自动实现对PID参数的最佳调整，改变PWM输出波形的占空比，合理地控制输出，使陀螺加热器的工作温度保持恒定，实现自动控制，这也是设计该温控制系统的关键所在。
温度控制系统的设计
---根据陀螺仪模糊控制系统的要求可知，加热器工作时产生热量，使陀螺部件内液体温度升高，进而使温度传感器的阻值增大(对于正温度系数热敏电阻)，则温度检测电路把温度变化信号送回输入端和给定的温度进行比较，再产生偏差、偏差变化率信号，经模糊控制器进行推理从而产生控制加热器的信号，对加热器进行控制。
Fuzzy-PID温度控制系统的结构框图如图2所示。
系统主要由被控对象、温度传感器检测回路、Fuzzy-PID控制器和执行机构等组成。
● 数字PID控制设计
---利用脉冲响应法测量被控对象的传递函数为一阶惯性环节加纯滞后。
其中，K为对象放大系数，K=300℃/100V；τ为纯滞后时间，τ=50s；T为对象时间常数，T=200s。
---单片机控制是一种采样控制，系统采用的增量式数字PID控制算法为：
---Δu(n)=U(n)-U(n-1)=a0e(n)-a1e(n-1)+a2e(n-2)
---a0=kp(1+T/T1+TD/T)
---a1=kp(1+2TD/T)
---a2=kpTD/T
---式中，T为采样周期。
参照响应曲线选择，最后结合实验确定为采样周期。
利用控制软件实现增量式控制算法，并输出控制量。
由于该控制算法不需要累加，控制增量仅与最近的n次采样有关，所以误动作时影响小，而且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。
这也是系统采用此增量式PID控制算法，作为模糊PID控制器中PID调节器部分算法的主要理由。
● 模糊PID控制器设计
---首先根据模糊数学的理论和方法，将操作人员的调整经验和技术知识总结成为IF (条件)、THEN(结果)形式的模糊规则，并把这些模糊规则及相关信息(如初始的PID参数)存入计算机中。
根据检测回路的响应情况，计算出采样时刻的偏差e及偏差的变化率ec，输入控制器，运用模糊推理，进行模糊运算，即可得到该时刻的Kp、Ki、Kd，实现对PID 参数的最佳调整。
---Fuzzy-PID控制器是在PID参数预整定的基础上，利用模糊规则实时在线整定PID 控制器的三个修正参数△Kp、△Ki、△Kd，实现对温度的优化控制。
模糊控制器的输入、输出变量都是精确量，模糊推理是针对模糊量进行的，因此控制器首先要对输入量进行模糊化处理。
在所设计的Fuzzy-PID控制器中，输入、输出变量的语言值均分为七个语言值：｛N B、NM、NS、O、PS、PM、PB｝，子集中元素分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中和正大。
隶属度函数采用灵敏性强的三角函数。
为增强系统的鲁棒性，提高隶属度函数的分辨率，在0值附近的函数形状取的更陡，形式如图3所示。
---e的基本论域为[-100℃，100℃]；ec的基本论域为[-5，5]；△Kp的基本论域为[-1，1]；△Ki的基本论域为[-0．002，0．002]；△Kd的基本论域为[-1，1]。
以上各变量的模糊量分别为E、EC、△KP、△KI和△KD，其论域均为[-6，-5， -4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]。
输入量e、ec的量化因子为：ke＝0.06，kec＝1.2。
---模糊控制设计是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验，参数的整定规则是控制器的核心，建立合适的模糊规则表，得到针对△Kp、△Ki、△Kd这3个参数分别整定的模糊控制表，见表1、表2和表3。
---对输入的偏差e和偏差变化率ec，在取得相应的语言值后，根据整定规则表，经过公式法模糊决策，分别得出三个修正参数△Kp、△Ki、△Kd的模糊量。
经过上述模糊推理后，Fuzzy－PID控制器整定的三个修正参数要进行去模糊化取得精确量，以计算输出控制
量，既单位时间加热器通断电百分比。
去模糊化有几种方法，如最大隶属度法、重心法等，对本控制器，采用重心法求取输出量的精确值。
由以下公式得出模糊判决后的输出量c(k)。
---其中c(k)×ku(ku为输出量的比例因子)即为自整定之后的修正参数，各修正参数比例因子为：
---Ku(△Kp)=1/6，Ku(△Ki)=1/300，Ku(△Kd)=1/6
---输入到PID控制器的参数由下列等式计算得出。
---Kp=Kp'+△Kp，Ki=Ki'+△Ki，Kd=Kd'+△Kd
温度控制系统的实现
● 硬件实现
---对于陀螺仪模糊控制系统，考虑其功能需要，对系统的输入和输出功能做分开处理，以确定系统的输入输出口的信号数目。
对于系统的输入情况，考虑下列信号。
---(1)温度检测，用于检测系统的输出温度，即陀螺部件内液体的温度，以便对加热器的控制作出决策。
---(2)温度设定，用于设定陀螺部件的工作温度，对不同的要求设定的温度不同。
---对于系统的输出，考虑下列信号。
---(1)加热器控制信号，由可控硅来控制加热器的工作状态。
---(2)向用户显示系统当前的温度。
---陀螺仪温控系统的硬件结构图如图4所示。
---控制系统中，采用了高精度集成运放OP07对铂电阻的毫伏级热电势进行差动放大、滤波，然后将检测的电压信号送至模数转换器AD0809，采样数值并传送给AT89C52。
---AT89C52的P0口是数据线，连接到AD0809、LCD的数据口上。
P2口的5根控制线控制LCD，P1.0、P1.1控制报警指示灯，P1.2至P1.4口用于控制可控硅等。
然后通过Fuz zy-PID控制器，计算得到PWM脉冲的占空比，对加载电压进行控制，最终完成对陀螺部件内液体的温度控制。
● 软件实现
---陀螺仪温控系统的软件框图如图5所示。
在开机复位时，系统进行初始化。
接着检测现场温度，并在预热阶段由系统强制加热一段时间。
然后再根据检测温度产生输出控制、报警指示、显示等。
整个程序主体部分采用汇编语言编写，在控制算法部分调用了C语言编写的函数。
系统将整个控制算法作为一个函数以备汇编语言调用。
结束语
---将Fuzzy-PID算法应用于陀螺仪温度控制系统，设计目标是在同样的控制精度条件下，使系统的过渡时间尽可能短，改善控制效果。
采用复合控制，使系统能有效抑止纯滞后的影响，而且鲁棒性强，当参数变化较大及有干扰时，仍能取得较好的控制效果。
