石英加速度計(jì)將為感測(cè)領(lǐng)域帶來(lái)全新風(fēng)貌

　　石英晶體被喻為“產(chǎn)業(yè)之塩”，擁有高準(zhǔn)確性、極低耗電量，以及絕佳穩(wěn)定性等卓越特性，使其特別適合用于感測(cè)相關(guān)市場(chǎng)領(lǐng)域，創(chuàng)造出許多客戶(hù)能夠安心采用的全新應(yīng)用產(chǎn)品，并進(jìn)一步為我們的日常生活帶來(lái)重大改變。本文將從傳感器在裝置中扮演的角色談起，探討優(yōu)良的傳感器應(yīng)具備的基本要素，并以Epson Toyocom原創(chuàng)的“double-T”架構(gòu)為例，說(shuō)明以石英晶體為材質(zhì)制造的陀螺儀，如何為感測(cè)領(lǐng)域帶來(lái)嶄新的風(fēng)貌。

　　優(yōu)良傳感器的“5S”標(biāo)準(zhǔn)

　　若拿“以量尺量測(cè)物體”為例，探討何謂優(yōu)良的傳感器，則可以歸納出五項(xiàng)前綴均為S開(kāi)頭的標(biāo)準(zhǔn)，我們姑且稱(chēng)之為“5S”。

　　首先，為了準(zhǔn)確地測(cè)量物體的長(zhǎng)度，我們必須先把量尺的原點(diǎn)校準(zhǔn)受測(cè)物體的末端(圖1)。若量尺的長(zhǎng)度不及受測(cè)物體，我們通常會(huì)進(jìn)行多段式測(cè)量：第一次測(cè)量先在量尺長(zhǎng)度所及之處先做記號(hào)，然后再將量尺的原點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)記號(hào)處進(jìn)行第二次測(cè)量，以此類(lèi)推。但是，這樣的方式可能產(chǎn)生各式各樣的錯(cuò)誤，譬如量尺擺放的角度傾斜、原點(diǎn)校準(zhǔn)的偏差、移動(dòng)量尺時(shí)所做的記號(hào)偏離，甚至量尺本身刻度是不正確等等。

　　將上述概念應(yīng)用在傳感器上，為了避免可能的誤差產(chǎn)生，優(yōu)良的傳感器無(wú)論在任何情況下，都必須確保“原點(diǎn)”的固定，絕不能出現(xiàn)原點(diǎn)偏移，刻度也不能因?yàn)闇貪穸鹊韧獠凯h(huán)境影響而變化、絕對(duì)不能出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象(hysteresis)，或與其它軸線(xiàn)(噪聲)出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象。

　　再以“汽車(chē)緊急煞車(chē)”的例子進(jìn)一步說(shuō)明，當(dāng)駕駛踩下煞車(chē)踏板時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生線(xiàn)性地產(chǎn)生煞車(chē)作用。也就是說(shuō)，系統(tǒng)將會(huì)立即以改變物理量的方式，響應(yīng)煞車(chē)這項(xiàng)指令，而感測(cè)的結(jié)果將與變化程度成正比，而這樣的特性對(duì)感測(cè)裝置來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

　　基于以上兩個(gè)例子，我們可以歸納出5個(gè)以S為前綴的傳感器特性，包括Speed(回應(yīng)物理量變化的速度)、Sensitivity(對(duì)變化響應(yīng)程度的敏感度)、Selectivity(只針對(duì)特定變化響應(yīng)的選擇能力)、Straight Response(回應(yīng)物理變化量的準(zhǔn)確性)，以及Stability(保持不受外部環(huán)境影響的穩(wěn)定性)。5S同時(shí)也可以作為衡量傳感器效能的重要標(biāo)準(zhǔn)。

　　更佳的歸零特性

　　陀螺儀傳感器(gyro-sensor)正好符合上述的5S標(biāo)準(zhǔn)，并且已被廣泛運(yùn)用在數(shù)字單眼相機(jī)(digital single-lens reflex，泛稱(chēng)DSLR)中，大幅改善數(shù)位單眼相機(jī)的影像穩(wěn)定效能。

　　陀螺儀傳感器目前在數(shù)位單眼相機(jī)中，是專(zhuān)門(mén)用來(lái)偵測(cè)角速度(angular velocity)，也就是相機(jī)震動(dòng)的幅度。之后再透過(guò)致動(dòng)器(actuator)，將偵測(cè)到的相機(jī)震動(dòng)幅度數(shù)據(jù)回傳到鏡頭。10年前相機(jī)防手震功能首度問(wèn)世時(shí)，陀螺儀傳感器的5S效能遠(yuǎn)遜于目前的水平，且只能提升約一級(jí)的快門(mén)速度。然而，時(shí)至今日，陀螺儀傳感器的5S效能已大幅提升。以Epson Toyocom于2005 年推出的XV-3500CB超小型振動(dòng)陀螺儀傳感器為例，即便在持續(xù)震動(dòng)的環(huán)境中，也能準(zhǔn)確地進(jìn)行歸零的動(dòng)作，將快門(mén)速度一舉提升4級(jí)。

　　Epson Toyocom為專(zhuān)業(yè)的石英晶體組件制造商，是由日本精工愛(ài)普生公司(Seiko Epson Corp.)的石英組件事業(yè)部，以及日本東洋通信機(jī)公司(Toyocom Corp.)合并組成。由于該兩家公司在設(shè)計(jì)生產(chǎn)石英晶體電子組件方面，均擁有十分豐富的經(jīng)驗(yàn)，透過(guò)整合兩家公司優(yōu)勢(shì)所帶來(lái)的綜效，進(jìn)一步促使產(chǎn)業(yè)大量開(kāi)發(fā)以石英單晶體為材料的創(chuàng)新產(chǎn)品。