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。

" K7 ?) Q# p0 b4 ]9 [ @" k2 H

表1EWTZ9G型陀螺的主要参数

' M6 S0 @3 ?; a, |0 I% z$ _3 P1 L# O) a4 I' D+ X' N8 G8 L4 F; f" {0 N" j2 }5 J' d5 {! o1 ?% g( c+ x' [) @' B9 I! [0 o/ w/ d* I" Y; e# Q: A: s8 U r# U* `$ Q5 l& Q" Z# `) n& e2 t! I1 c- ^1 P) {& ?! k+ K- P! X) {) }" }$ @$ {; E' m; D9 o+ {# g" z4 r5 l; b% G: p5 R% B0 |* d- `5 h" `9 N( X- O7 b [+ C8 l! ~/ t# P% s& p* O" m3 R u- Y% K3 _6 ~, l0 U4 l# t. K: v7 u; ? I" ]( J# ~$ I0 ]* U0 u! p9 L$ c$ Z# N6 `3 ]3 K. U+ ?7 I8 u' [9 u4 y5 S0 {" r1 K$ w% z: c5 ~! s; M0 R* C6 {4 j# j% k7 Y) u, ?3 }" b4 b+ f& b* V* [, D5 { b+ `+ W `& a4 J- P& [: U r4 a( K' z( }: T' n2 l$ ]; O( O; a# D5 j4 t( {! W# d ]$ C+ W% j' p! B3 m- u1 H- b( g* e. Z% J7 Q5 A1 @4 U& G2 D0 e- ?+ D+ X" z) i9 v& y4 o! d9 N& Q8 B& E! r7 V! h9 D4 V/ F0 p! b; V" D$ o! k' |7 j! h' t8 P+ a$ J7 n+ V0 ?% N+ ]7 u, V; i, n% H1 @. E+ U; V5 k& ?) H! h/ G0 d- |& M( Q7 o, ~5 D7 T6 Y7 R' D7 `) l0 q" F7 o5 h7 h7 r5 M# D# J3 b3 e2 N5 h6 R' c1 P! V6 Z1 m; ]% ~5 q% o& f G/ J2 }$ ^2 R# I B2 Z. Z8 z% y0 @% k; n3 C) y" ?4 Z; z/ _! r; H$ t& w. U; ^+ I# U: m% h' h3 F6 x' W, y* \' s/ _0 S4 M+ l. F" L1 l+ u6 L( G" G& l% X& Y3 r# h# \: p$ ~- p9 O. z9 o; O4 c) ^: M8 {) f+ H6 q, Y( S" |, d5 W ]+ D+ m' ?1 i- f: G/ H; F& H6 Z4 l; C1 }; @* U( W9 b( J4 S6 g2 h5 Z8 G' `9 R2 f4 [+ x1 n7 @2 [4 a, E9 s. d/ I5 O+ D$ z$ T* S4 e8 x z# q2 j$ T4 S" {* J9 b# F* ^* W1 Y. }; D5 j/ N) h, J5 W4 n' \/ n9 Q5 _1 h7 f$ j# ]( q) J# B6 J; F* X$ v! [/ \; J/ [0 y1 U+ u2 b/ s2 ]: d+ ~# x5 a2 M q$ f, a* s0 O2 u# s6 a- F4 `# Y1 _1 b0 X+ {7 r9 c: @, Y3 l# x4 g1 m) N2 m& E/ g [0 F* o! }1 I5 o' c% ^: \7 b1 X+ J6 h/ v+ H6 K% }' f u: Q! o1 w+ C% W9 p7 W! X' o2 ?6 H$ u& S" U, Y' i7 X- U( m( Z/ h- L$ G" h+ A9 _; @; _$ |4 d2 O' D" o# W* d# ~/ j" U( A6 d* |, j# a& z+ [( x% ^0 k: g- I* r& f9 x' [+ }2 O) @3 g7 U% }# V/ B$ v1 a4 W' g7 @# u9 Q- t5 @2 o2 M8 T0 A) g* c$ m3 z$ I! F1 g# [ Q) G, q) p! E& z$ R: h# {" e+ z0 U8 ~9 T) a

) f( K6 I: i& H/ X% i 序号	内容	3 ]& l1 W& j- |4 R4 u 条件	# s9 j U6 R# K" R3 J7 }) S 最小	典型	+ B* ^, H; |1 y# Z4 D! o 最大	单位	备注
1	工作电压		. u( { T* H9 G* q+ I' q 4.75	5.00	1 v2 G9 R; |0 z+ ]$ y) s. G8 f5 a 5.25	; r' R6 ]7 [ m" C0 p V
2	工作电流	/ e' W p7 t4 C; x+ D VCC=5.0V	9 f* R- q z, x3 K( \9 y% N- W6 ` 5.00		11.0	% K f0 |3 c- ~% n) d/ P+ i1 ? mA
) v6 g2 H0 Y' |3 N8 n+ c# r" F 3	最小输出				0 w1 A# G' G) ^/ \3 V 0.3	V
4	8 V8 Y* ~2 i6 j9 C" c; f 最大输出		VCC－0.3			/ b6 |2 I- r& b& t* a4 }8 L$ @ V
. \ M1 y/ |! ~ 5	灵敏度	4 r+ K/ B7 j) H. A0 e) I- L; J Ta=－30℃～80℃	3 p. |9 j! _% e+ Z 22.50	! C9 Y, U7 b/ y6 r 25.00	27.5	! ~3 z. |4 n' a9 S6 a- j) M% ? MV/(deg/s)	2 Q. A4 x8 q* v. @ 从25℃开始改变
6	灵敏度漂移	) `5 x I( l1 R. e* i Ta=－30℃～80℃	& A" R2 V+ h% V- N+ p+ u ?' q －5.00		5.0	％
U) U6 }. s: m9 `0 L2 V& N$ n 7	零点输出	Ta=－30℃～80℃	3 N4 E% ? I7 X: z J/ b 2.10	2.50	2.9	. n- P7 n/ c8 `+ T3 C! I V
# f" X) \% l; R5 E' I6 E9 Q5 y# ? 8	零点漂移	$ Y+ |& c5 P B5 i Ta=－30℃～80℃	8 j/ I: ?9 J1 ]2 G ^7 |2 P! E －10.00		10.0	％
' Z* [5 G( u [5 @$ s3 p, u 9	动态范围		－60.00		60.0	/ J5 m E% ]! e' C$ a4 R* f M1 e deg/s
4 u2 Q0 k k( v3 M L0 S 10	输出噪声				" @& P* M5 S" i 10.0	mVp－p
# X+ q9 W% g2 z P& `4 s 11	& B7 z: J$ {" l* P8 v' Z 启动时间				+ C% M9 y a2 i' ^1 l# s 1.0	sec
12	零点稳定性	0～5min	, }/ z( x/ s& d: Q' f V- o# s －25.00		25.0	9 f H+ y0 U4 Y3 a: d mV
		" r. m8 v* R+ W- ^1 u2 n 5min～15min	" R4 C% p* k5 K2 q －10.00		+ ?/ Z' S( B$ g 10.0
1 |: B2 M o7 G/ b 13	( L5 J- p" M) _- e. t' n: a* m! @ 线性度	<50deg/s	－0.50		; ^, R3 R# j$ x 0.5	: S& k9 c/ h$ O! K% c8 }( ~. Y ％
		50deg/s～60deg/s	－5.00		& j( F6 X+ @0 Q. X 5.0
. N/ p0 v1 ~5 w' u6 P1 [+ p% A) n 14	横轴灵敏度		－5.00		& Q) T2 K( Y) ]* K7 d 5.0	％
5 S, b, l E% p; i' E0 C 15	频率响应	% b9 H( `# E0 @- Q9 x; R! B 7Hz	6 f7 j0 W) Y0 w+ U1 E$ A! l- k －7.00		－2.0	dB
& }" M* x# i$ f; Y( D8 ?% }+ L 16	零漂温度特性	－30℃～80℃	－50.00		50.0	mV/7.5℃	* X( a- p5 I6 k% x1 ]- b: ]4 T 7?5℃为检查时的测量间隔
17	零漂电压特性		0.70		1.3
18	- S( m2 f, r; q, L6 ^5 r. U2 ^# T, Z 灵敏度电压特性		0.80		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℃；

$ y1 q" s6 N5 O% Q$ t+ W

图1装配面

. y4 Z/ ?9 [7 m7 J0 ] g

, V* Z. y2 D. W

图2焊接面

9 I5 G# Z8 o- w5 ^. ` [$ l# p

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

0 X2 ~5 G0 O% d b6 ^7 ^8 R' B% k% \( Y* @$ y" [4 w) M! s9 ?+ {! C+ Q* l9 y5 ~4 E! n8 ~- E. V# b6 L4 Z. W1 [# M& p+ F% i& C0 {5 n u' W* n: a2 e. b% H* @- A) J/ n7 ^- k# w- X; D- G, U+ ~# l7 Y% U2 P) x4 {4 [3 g1 I; l i" w" C; N8 u; p2 w+ ?7 l" v/ X9 w: `. ]! O1 D, y) j0 @6 w( w3 @. F4 O' e% h" P% K$ H3 O# c$ ?5 s; j3 t) l% @! u R" D# A) _. ^3 O- @* T, p. o h9 k4 Y9 d2 m* [2 g% W0 }4 M+ e, O3 ]4 n

1 O* ^; f1 o( P' S 溶剂	* y* Z6 x4 [5 G1 f* i1 I m 举例	可用与否
& d. g" M" @! `# j 氯化物	, t! e5 g1 o5 m! y5 J9 U! W 三氯化烯	可以
氟化物	4 J& p8 i& F- G! b- I' d4 _9 r 氟里昂（TF，TES，TE）	可以
! d$ p4 C! v. M# D: O4 S7 j 纯净水		可以
$ ~) d. T' |; @ 酒精	. B# r# b# f+ [0 G" S IPA，乙醇	可以
4 b' s* i+ k9 Q' D 其他	汽油	不可以

/ O0 ]' W5 [( z f/ z1 x8 ?

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

2 J. W( _; o9 k8 U$ q* v! x3 b

        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。