EWTZ9G型陀螺及其应用

HEATS

1概述
    EWTZ9G型陀螺是MEC公司生产的一种用来测量载体角速率的IC，该陀螺的英文名称直译为导电塑料旋转编码器（ConductivePlasticRotaryEncoder）。它是利用MEMS技术制作的，具有可靠性高，性价比高的特点。

" m y6 I0 t4 R! [

表1EWTZ9G型陀螺的主要参数

) @ `5 u# l2 t {% m! y+ L5 q9 i! f# S- V: j) v6 _- L: z% K! q" _3 R* G) p- l1 {+ S! {! V1 _: D) q, z" a. @) [* \4 C) }! J5 ]3 H+ T9 z0 V' F- p2 O% @ ^% R. V" v( Z, r9 W( t5 ^1 q! U3 w( Y: Q# [% m Q1 L# }" s9 L* o# L1 s* }1 U6 g9 g8 b# l6 k. [ V7 c o+ M, f" U% n4 O* G; O! Q: q1 k3 e. R- a( T& y' T7 G# P5 x' h* H2 \0 p$ I: e1 ]( {; h2 X$ S/ a4 n+ N3 ^, R$ C, H; o9 b% u% @( W, m: l: O& Q& @1 E0 E4 H1 t4 l* M6 u' s5 \/ _" Q7 v5 B) E) O' k4 ?. r$ r) }5 c. o A* d8 U6 \3 R( `" F0 y U! N# B' @1 d. |; `9 u4 E f7 m" X; \4 `5 i$ A5 C0 _# y% N" ?6 v/ W6 p) K1 k* s! o9 |, P% o7 |0 X4 R% ?' \& S* S9 E; O! J! W# O7 k$ E7 z1 e! T5 d+ ~! D7 R5 g0 o+ s% e2 ^& z/ A1 V/ ]5 ^; p/ ]. Y6 M; `6 q! i6 Y) \) K0 B' Z& ^" B( s' h" s/ ?/ k- O g$ P$ ~" t; [2 d8 p6 ` [' T( q9 k3 G* M5 K, M7 [& v0 d& s# b% p( S; W: \" |7 j+ g, _/ Y- r! }1 ?4 _9 |$ I& z( w' j: {/ G/ ]8 l2 \3 v! T6 u/ q! @+ n, B: }* c! v7 _/ N1 O' A7 x4 }) I0 H4 n& N L& l- p4 r5 p: G: C# ]) e+ w. d) e% L: I5 j1 k- u/ z7 t" s: J; M, N2 p6 a! B' V6 j3 T. C: ^5 O$ B- O/ q3 W! z; H! O! I8 d8 n+ t, _* [8 ]8 ~7 Q" n( ?! E& _: `* d( y( t5 P. O' f6 N; l) O% N0 n% k9 q; Q4 T+ Z, P+ Z/ ]0 ]- x$ N0 O8 c, D; v0 f8 v1 @# v% x4 a6 b. J1 Z4 k6 Q [0 y/ `; i( a1 {6 P# p% Y9 P) T, w8 n& i2 o3 F5 b7 T* U+ U% S: s# p& I. H( R1 U1 c8 v$ z! e1 C. [! C7 y8 O/ ]6 z) |5 ^- W7 H6 M% V3 R3 m. i1 `: ?4 R2 s, _3 t3 Z7 f( f9 d6 f# u8 }. {6 h1 X( D1 W8 X" S; v2 n+ } g( p8 ]; e, @$ n7 k8 Z* V' b' f/ w8 V) O E7 m' s$ r# h) ?! U9 t6 b8 j/ u [( |7 c$ ?2 W1 B) C5 y+ _9 V; K; t+ u' X: P# |7 g0 t* l/ p- L+ j& y9 F! s3 G- E. E. n5 e) R4 L5 ^# I1 L2 i! O0 r% c& Q: H h) K# a6 J% D% `- `! @6 W6 |9 L# C, H- y5 @& o, \' I3 f$ D; b- `9 ^) H; C% _; T) i. p& f/ E2 \, }) ^9 E- R. {# x) Z0 t! F2 u! Y ~8 y6 p$ ^0 [4 b! r$ c4 L7 ^7 c+ L* l1 x; Y: v- B0 o9 S9 I$ J" ~% w6 g% E) {" ?/ C% Y% D2 }0 v9 d/ M0 B. T, F7 O$ I- E Z: X+ J, L8 x( t% A: q7 t# S% P7 h9 M; x1 b6 e9 v" H# x0 C7 B/ |5 z6 i! {& l( _# X6 G3 {- s6 n$ S* v* F, g6 A$ O, H5 a) \. a/ B, @: I# o/ o- h9 s( j4 W5 \' a1 ]. f2 H3 o' p/ c+ d; M2 f7 z: C4 d" z( N' d& w2 r* a. o: }6 ?0 m7 ^2 e# b$ i& i/ r, B: B- O5 O. ]! t4 q5 L2 `' s% r& b& i$ K. l H; C/ C; D% O1 t! p' h* o/ S; ^8 k+ C$ T, I$ k) F& w8 ]# z- g% ^! x& j! K* n5 q) i# P+ V; b/ Y( j, C8 p& R+ T0 _* U1 v: a7 h2 D" C( g: w: k+ P) [6 w% k7 X

- c7 D$ H6 O6 k% }0 k6 m) k" w 序号	内容	条件	最小	典型	最大	单位	. i5 L9 U8 {; q2 s l/ J4 C 备注
9 N, |$ j; Y; ?3 u# Z6 X3 u, P. V 1	' t% G, p7 ]# x9 t 工作电压		7 S8 f5 s6 U7 H5 }" d/ P 4.75	/ Q1 @- V8 B$ r- L! M7 W1 ]0 \ 5.00	5.25	V
2	工作电流	VCC=5.0V	+ g! L0 }" `! W6 [/ g! D* j 5.00		11.0	2 Y6 a) P2 s5 K: U% u7 _. k9 ^$ d mA
; g6 E0 T( }) K 3	最小输出				0.3	V
; `7 h P( n4 d( @' n$ w 4	最大输出		2 i- g" ]$ I, ~- e, G VCC－0.3			V
5	6 C% M7 d( B0 [6 j% K 灵敏度	Ta=－30℃～80℃	1 b: q1 E5 m' g t$ d; }1 q 22.50	, U8 r, Z! o( o3 D6 f 25.00	27.5	7 d5 J+ d) [# m# w% T1 Q MV/(deg/s)	从25℃开始改变
6	9 V, g, [3 q; r 灵敏度漂移	Ta=－30℃～80℃	3 f5 q- v3 X6 W4 J, r# N" } －5.00		5.0	I3 [- r- E' K8 m/ i0 D ％
7	5 W+ ^' C& Y+ R( n 零点输出	& T) J* N. J- K4 E8 A3 k$ a; L Ta=－30℃～80℃	2.10	0 P: d F* D# |: p+ X7 l 2.50	2.9	8 v8 A6 r' q- V! A" V5 ` V
8	零点漂移	; H0 f+ \; x. a1 ?9 a5 g Ta=－30℃～80℃	－10.00		10.0	" s" J2 k" ]2 r3 E" X. @' _+ { ％
* x% @# K2 A# Z 9	动态范围		' P$ ~5 b# F* B# f －60.00		+ o8 T& x: Z; g5 k3 V) t 60.0	deg/s
0 K; _5 C. E2 |% f, w! W- c4 m8 l 10	1 u( B" x5 p! o* ` ]5 X 输出噪声				0 k7 ~- H+ J( F o. `( b 10.0	2 b& ~9 h5 E& |" x1 E. _& U mVp－p
11	% W. x9 p+ u: I# [+ b 启动时间				1.0	sec
% n6 ^, L! z, i( g1 |# ^8 G- a 12	零点稳定性	0～5min	－25.00		25.0	$ @# W7 k+ s# q6 }/ f( }- p mV
		5min～15min	－10.00		( K7 |( r1 \7 |9 F8 e: }! | 10.0
13	线性度	9 |% n4 }" w2 V4 h6 n <50deg/s	－0.50		* `1 L$ o' P+ y" ]& i 0.5	6 Q0 i2 T9 v' b$ @8 ~ ％
		50deg/s～60deg/s	, k+ _0 J A4 Y' ]5 w+ M －5.00		5.0
; _* S2 }; l2 K' h 14	横轴灵敏度		－5.00		5.0	# n) s# j# T. @6 ~; ~ ％
# K4 G6 _ [& ?& ]. G 15	频率响应	7Hz	- Z- e# j% r% e# M$ t; K －7.00		－2.0	) ~3 D+ A0 X4 a) n( f' k dB
) b. L' Q$ J; i 16	零漂温度特性	－30℃～80℃	－50.00		8 t* |9 O+ D8 [# Z9 d% ] 50.0	* d( L$ D/ F) d mV/7.5℃	# b6 {% y# R6 d4 t! d% g 7?5℃为检查时的测量间隔
17	0 X, | y5 \0 o9 r 零漂电压特性		0.70		( O% K K& v0 |1 |4 z; I, E 1.3
18	& T4 U7 c4 {! x5 A% F) V+ ^2 o 灵敏度电压特性		* R: U$ b. ?& w. w# Z 0.80		3 {- Q! n9 L" r! R/ u 1.2

2电气特性及特点
2.1电气特性
        输入电压：－0.3V～＋16V
        电流消耗：30mA
        工作温度：－30℃～＋80℃
        贮存温度:－40℃～＋85℃
        EWTZ9G型陀螺的主要参数如表1所示。
2.2需解释的几个参数
        (1)启动时间：陀螺从加电到输出信号稳定时的时间间隔。
        (2)动态范围：陀螺可测量的角速率范围。
        (3)测量上述特性参数时,在输出端和地之间并入一个100kΩ的电阻器和一个0.01μF的电容器。
3使用要求
3.1焊接
         (1)焊接：使用无腐蚀性的松香，应用无化学反应的酒精溶剂，防止焊液流入传感器;
        (2）预热：100℃；

# @7 }; A. f6 x$ g) E' }

图1装配面

6 I. I4 m. _' S1 @9 u

( _8 ^3 c3 W& l$ r; I+ `( h' u/ R

图2焊接面

+ s m1 I& h: N; |1 L# j7 ^

% ] r' w" O) x0 D% ?8 N; l

图3参考电路

        (3)焊接条件（推荐）；
        焊剂：JISZ3238，H60A或H63A，
        温度：250℃，
        时间：小于5秒；
        (4)冷却：为了防止由于热量造成的传感器恶化，应马上用风冷；
        (5)手工焊接
        烙铁：20瓦或更小功率，温度低于350℃，
        时间：小于3秒；
        (6)其他：注意在焊接端点时，订牢陀螺上的两个小垂片。
3.2清洗
    如有清洗的必要，请参照表2所示的清洗剂。

表2清洗用的清洗剂

- {" k6 S: T) w7 v" @* T+ ~' s2 ~" Z8 B7 S* ?! y7 g) n; J* K/ J5 i' n& O5 m6 p3 x; J: j# K5 O" ]9 o' s" L. p' s3 W, Q/ n6 Z" Z/ @$ V/ \( F1 s! o1 a- b# \& y# _7 v5 ]; }, Z3 p- E) m/ J. R" r' k1 C1 y9 {" ]/ v$ S- x2 p' S4 w7 e6 u3 x8 E8 D" c* X* \; I% e5 @2 k& @. K) l0 @

, `' V/ g3 t6 g7 P4 v. x 溶剂	举例	可用与否
氯化物	三氯化烯	* ?2 {- [" z! ~ F6 R* p I6 T 可以
( o2 ^ c8 ?' U# Y( \8 H 氟化物	! f6 G1 `+ G- A; ?- {' x2 ^ 氟里昂（TF，TES，TE）	7 ?$ J0 _9 W. {) b 可以
纯净水		可以
7 ?& U8 e$ L N( v/ O* e 酒精	2 g; U8 ~0 n9 F: `( A8 Q1 a IPA，乙醇	可以
! Q; D; m. s4 q2 m* S 其他	汽油	不可以

) X/ N/ Q3 ]% Q

3.3操作
        轻拿轻放，注意不要用重物挤压及从高处坠落。
3.4电路板布局方式
        参照图1和图2。
        需注意以下几点：
        (1)在陀螺下设计一个宽大的接地面，小垂片应与地相连。
        (2)在输入电压和信号电压与地之间加入一个小电容器（0.01μF～0.1μF）。
        (3)应用一个电容器（47μF～100μF）作为输入电压的备份。
3.5布局
        由于该陀螺因为周围的环境有零点温度漂移，在应用该陀螺时，布局上应考虑以下几点：
        (1)不要将该陀螺安放在热源附近，例如变压器。
        (2)不要将该陀螺安放在影响热辐射的地方。
        (3)不可将两个陀螺安放在同一块印刷电路板上，由于每个音叉的振动会引相互的零点输出，发生周期性的漂移。
3.6消除外界振动
        为了防止外界的振动对该陀螺输出性能的影响，在设计印刷电路板时有以下几点注意事项：
        (1)推荐使用环氧树脂印刷电路板，将传感器安装在靠近螺丝处，控制其共振频率在300Hz以上。
        (2)注意不要让别的部分接触传感器。
        (3)不可使固定电路板的螺丝松动。要进行详细的振动测试。
3.7参考电路
参考电路如图3所示。
        (1)注意应用100kΩ的接地电阻。
        (2)因为该陀螺没有供电备份部分，一旦掉电，陀螺的调谐音叉就会停止振动，重新启动将需要1秒钟的时间，因此应在供电线路中接入一个电容器以防止掉电。
        (3)反向电压或大于16V的电压会损坏传感器。
        (4)进行A/D转换时，和A/D转换模块共用5V电压。
        (5)该陀螺的电磁兼容性中的壳体防护取决于电源接地还是外壳接地,计算组件后才可决定。
4典型应用
        在作者的一项课题中，应用该陀螺与某型号加速度计组成惯性测量单元，进行短时间的制导解算，取得了理想的效果。

5结束语

        EWTZ9G型陀螺作为一种微机械陀螺，具有适当的精度和较低的价格，在科研及生产中必将获得越来越广泛的应用。

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