Năm 1920, công cụ này đã được ứng dụng vào trong các hệ thống dẫn lái của các loại bom ngư lôi và đến năm 1930 thì được ứng dụng vào làm các bộ dẫn hướng cho hệ thống tên lửa và đạn đạo [91].
1
Sự ra đời của MEMS là tiền đề cho việc tạo ra các cảm biến đo vận tốc góc (Gyroscope) và các cảm biến đo gia tốc (Accelerometer) kích thước cỡ nm và µm. Vì thế đã dẫn đến các nghiên cứu về cảm biến đo vận tốc góc kiểu Tuning Fork (Tuning Fork Gyroscope - TFG). Hiện nay, TFG đã được sử dụng khá phổ biến trong thực tế [14],[40],[53],[92]. Trong nhiều ứng dụng, chất lượng và hoạt động của cảm biến đo vận tốc góc và TFG bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi các điều kiện môi trường như nhiệt độ, áp suất, rung động xung quanh như được trình bày trong các nghiên cứu [50],[72],[89]. Ngoài ra, độ cứng của các cảm biến và các dầm cũng có ảnh hướng lớn tới hoạt động và chất lượng làm việc của chúng [6].
Tất cả các cảm biến đo vận tốc góc dao động/rung vi cơ có thể được chia thành hai loại: Loại I và loại II như được trình bày trong tài liệu tham khảo [13]. Nguyên lý hoạt động của chúng dựa vào hiệu ứng Coriolis. Lực Coriolis sinh ra khi khối gia trọng kích thích (Drive proof-mass) dao động theo phương kích thích (drive axis) đồng thời bị quay với một vận tốc góc ω. Khi đó lực Coriolis sẽ làm cho khối gia trọng cảm ứng (Sense proof-mass) dao động theo phương cảm ứng (sense axis). Tức là ở đây có sự chuyển dịch năng lượng giữa hai chế độ/phương thức (mode) dao động rung của cảm biến đo vận tốc góc. Nội dung nghiên cứu trong tài liệu tham khảo [28] trình bày một thiết kế mới về cảm biến đo vận tốc góc dựa trên công nghệ MEMS, thiết kế này có thể cải tiến được các giá trị đo góc. Nội dung trong tài liệu tham khảo [42] đã đề cập đến việc nâng cao chất lượng, hiệu quả làm việc hoặc giảm giá thành sản xuất cảm biến đo vận tốc góc. Bên cạnh đó, cũng có một số cấu trúc cảm biến đo vận tốc góc công nghệ MEMS tối ưu khác có dạng hình tròn hoặc dạng hình đĩa được thiết kế để đạt được độ chính xác cao hơn đã được nghiên cứu thành công [44],[52]. Một phân tích chi tiết về nguyên nhân sinh ra lỗi do quá trình rung cơ học gây ra đã được trình bày trong tài liệu [72] để từ đó đánh giá được mức độ ảnh hưởng của rung cơ học tới các TFG lý tưởng. Phân tích chỉ ra 3 nguyên nhân chính gây lỗi đó là: Điện dung phi tuyến ở điện cực cảm ứng, các lực tĩnh điện phi đối xứng theo hướng cảm ứng tại các điện cực kích thích và các lực tĩnh điện phi đối xứng theo hướng kích thích tại các điện cực cảm ứng. Tài
liệu tham khảo [7] sử dụng các chốt khử ghép đối xứng cùng sự đồng bộ hóa và các cấu trúc ghép kiểu cảm ứng (sense-mode). Cấu trúc ghép cơ học dạng đòn bẩy làm cho hai khối gia trọng chuyển động theo phương kích thích ngược pha, đối song song với nhau và loại bỏ được các dao động không mong muốn có tần số thấp hơn. Đồng thời, cũng dẫn đến chuyển động theo phương cảm ứng của hai khối gia trọng ngược pha, tuyến tính, cân bằng động lượng và mô men xoắn. Điều này đã làm giảm sự tiêu hao năng lượng thông qua các hệ số phẩm chất cực cao của đế đàn hồi. Khác với những thiết kế đã đề cập ở trên, thiết kế mới đưa ra trong tài liệu tham khảo [9] là một cảm biến đo vận tốc góc gồm có 4 khối gia trọng cân bằng động, đối xứng hoàn toàn có tần số làm việc là 2,2Khz. Thiết kế này đạt được hệ số phẩm chất thực tế Q = 0,9×106 cho cả hai mode dao động (drive-mode and sense-mode). Điểm quan trọng nhất của thiết kế có 4 khối gia trọng này là cho phép kết hợp tốt các mode dao động với nhau nhờ sự kết hợp độc đáo giữa sự tiêu hao năng lượng thấp, tính đẳng hướng của tần số cộng hưởng và giảm chấn. Một nghiên cứu về TFG trục kép vi cơ có thể giảm tối đa chuyển động theo phương ngang không mong muốn của các khối gia trọng và đảm bảo mode của hai khung dao động cộng hưởng và ngược pha nhau [75].
Ngoài con quay chế tạo bằng công nghệ vi cơ điện tử (MEMS), một số công nghệ chế tạo mới cũng phát triển không ngừng ví dụ như các loại con quay quang học làm việc dựa vào hiện tượng giao thoa ánh sáng. Trong số đó, các con quay quang học được chế tạo dựa trên hiệu ứng Sagnac là phổ biến nhất. Công cụ này đã được sử dụng thay thế cho các con quay cơ học trong các ứng dụng dẫn hướng trong các ngành công nghiệp, hàng không vũ trụ. Các con quay quang học có ưu điểm vượt trội là độ ổn định cao (sai số < 0,0010/h) và dải động học của cảm biến đạt đến cỡ 106
[63]. Có hai loại cấu hình được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng dân sự và quân sự, một loại dựa trên nguyên lý giao thoa ánh sáng trong các sợi dẫn quang như được chỉ ra ở Hình 1.3 và loại thứ hai sử dụng ánh sáng Laze vòng như được minh họa ở Hình 1.4.