石英加速度计将为感测领域带来全新风貌

　　如前所述，陀螺仪传感器由于具备稳定光学影像的特性，目前已被应用在为数众多的数位单眼相机中，并逐渐延伸至汽车导航系统及其他产品。随着封装技术的不断进步，芯片尺寸的持续缩减，拥有高度准确性、稳定性及其他特性陀螺仪传感器，更将逐步应用在更多元的产品应用当中。

　　虽然许多人都听过陀螺仪传感器(gyro-sensor)这个名词，但出乎意料地，大多数人都不清楚其内涵到底为何，并似乎有许多人将它与加速度传感器(acceleration sensor)混为一谈。陀螺仪传感器是角速度传感器的一种，能够量测人类无法感觉到的物理量变化。目前角速度传感器尚不普及的主要原因，除了测量角速度本身有其困难性之外，人类感官无法感觉到角速度的变化，也是一个重要的因素。毕竟，对大多数人而言，正确地体会一件自己无法感觉得到的事物是相当困难的事情。

　　以石英晶体振荡器为基础的陀螺仪

　　基于在石英晶体组件方面的长足经验，Epson Toyocom以石英晶体振荡器制造陀螺仪，并在需要高准确性、无磁滞现象、低归零偏移及其他特性的产品领域中获得极高评价，现今已应用于各式各样的产品之中。Epson Toyocom采用单一侦测轴线，及尺寸极小的表面黏着组件(SMD，surface mount device)，使其石英振荡器陀螺仪封装后的尺寸仅5.0mm x 3.5mm，小到足以放在指尖。完全密封的封装方式使其拥有绝佳的环境耐受力，并同时具有石英晶体振荡器的高稳定性及低耗电睡眠模式等优异特点。

　　石英振荡器陀螺仪的运作方式，首先将基本信号输入细长的石英晶体臂(crystal arm)，当石英臂进行旋转时，会藉由科氏力效应产生电压，而此电荷会被有效地侦测到，进而判断出旋转的动作。此技术通常多采用音叉传感器(tuning sensor)，但Epson Toyocom将相同的原理套用在其原创的double-T架构中，透过简单的设计获得有效的感测，同时亦能有效将噪声减到最少(图3)。

　　double-T架构运作时，分布于两侧的两个T型振荡器，会先以10 kHz左右的对称波形进行基础振动，此为驱动模式(drive mode)。在驱动模式中，两个T型振荡器所产生的细微波动，将会在对称轴上相互抵消。当旋转发生时，科氏力效应作用在与基础振动位移垂直的方向上，进而产生感测振动，启动感测模式(sensing mode)。一旦进入感测模式，压电装置会侦测到感测振动位移，并经由相位偏移后或重复施用等电路处理，进行垂直坐标的转换，最后产生线性的电位差(potential variation)。

　　double-T架构的优点在于感测臂只在旋转时振动，其设计从底座开始收缩，因此不会遗漏任何振动。同时，其收缩振动位于同一平面上，使其对外部噪声拥有强大的抵抗力，是一种极为理想的架构。此外，石英单晶体的表面温度特性比压电陶瓷好得多，即使在不同温度下，驱动模式和感测模式依然呈现相同的变化程度，输出结果也仅有极小的温度相依性。在相同噪声水平之下，石英单晶体稳定的平面温度特性，以及无磁滞(hysteresis-free)零点温度特性，也优于其他产品(图4)。

　　QMEMS让“5S”升级“7S”- 实现“Pure”的境界

　　由于具备5S特性，使得Epson Toyocom的陀螺传感器，几乎能在任何环境下传回精确的资料。然而，除了5S标准之外，Epson Toyocom更增加了两项S特性：Small(精巧)与Energy Saving(节能)。这项创举，为传感器产业树立了全新的7S标准。7S设计同时也意谓着芯片具有高度的可移动性，因此，未来也许可以用于移动电话之中，以减少手部振动的影响。

　　所谓的“Pure”，意指即使在环境具有内部或外部噪声的情况下，传感器也能够针对目标物体，正确地进行量测并回传清晰的结果，并且能够量测在静止状态下的物体，也因此这类传感器的易用性会比较高。Epson Toyocom的石英晶体组件已经可以达成这样的效果，因为它能够提供高信噪比、高敏感性及高稳定性，并且能够避免温度相依性或磁滞现象。它所具备的优异效能，将使其更能广泛地被应用在各种领域之中。