MEMS陀螺仪传感器的原理

MEMS陀螺仪传感器的原理

首先了解一下MEMS加速度计的原理，简图如下图所示，其中质量块mass被弹簧springs支撑，使得其只能沿着预定方向位移，从而检测特定方向的加速度；绿的部分是固定的电极板Fixed plates。检测原理是当质量块感受到加速度时，会在相应方向产生位移，从而使得固定电极板构成的两个平行板电容器C1，C2的电容大小发生改变，检测其电容值大小即可换算成相应的加速度。

MEMS陀螺仪
**工作原理简介：**MEMS陀螺仪的检测原理与MEMS加速度计类似，它基于科里奥利效应（Coriolis Effect）所产生的科里奥利力（Coriolis Force）而设计的。
如下图所示，MEMS陀螺仪的核心是一个微加工机械单元，其讯号调节电路可以分为马达驱动和加速度计感测电路两个部分。其中，马达驱动部分是透过静电引动方法，产生一个音叉机制共振运动，为机械元件提供激励；科里奥利力把角速率转换成一个特定感测结构的位移，通过位移产生电容变化，感测部分透过测量电容变化来测量科氏力在感测质量上产生的位移。因为位移大小与所施加的角速率大小成正比，以此可以获得角速度和角加速度量。

具体解释：
1、在计算科氏力之前，先了解向量的叉乘计算方法。其中需要使用向量叉乘的右手法则，如图，假设a是物体相对于非惯性参考系的速度，b是非惯性参考系转动的角速度，使用右手法则得到向量c,c就为向量a与b叉乘后的结果。

科氏力的计算公式为：F c = − 2 m ( ω × v ) ，（c,w,v均为矢量）如下图所示：

绿色箭头表示输入的角速度，由右手法则可知，绿色箭头内的虚线往上为角速度方向；红色箭头表示质量块的驱动速度，由此产生的科里奥利力为蓝色箭头，其方向可以参考上面公式，右手由角速度方向（虚线向上）握向速度（红色箭头）的反向（蓝色箭头）。

2、下图为陀螺仪内部的原理简图。如下图所示，左边是驱动质量块运动的方向（driving direction），右边是输入角速度方向，中间是质量块以及传感器的敏感方向。
由于引入了科氏力（科里奥利力），质量块在传感方向上会产生一定的位移，由此引起平行板电容器电容值的改变，检测电容值即可换算得到输入的角速度。

标签：电容,MEMS,陀螺仪,箭头,角速度,传感器,位移
来源： https://blog.csdn.net/weixin_51351529/article/details/112065025