传统的陀螺仪主要是使用角动量守恒原理,因而它主要是一个不断滚动的物体,它的转轴指向不随承载它的支架的旋转而改变。
可是MEMS陀螺仪(gyroscope)的作业原理不是这样的,由于要用微机械技能在硅片衬底上加工出一个可滚动的结构可不是一件简单的事。MEMS陀螺仪使用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所遭到的切向力。下面是导出科里奥利力的办法。有力学常识的读者应该不难理解。
在空间建立动态坐标系(图一)。用以下方程核算加快度能够得到三项,别离来自径向加快、科里奥利加快度和向心加快度。
图一、动态坐标系
假如物体在圆盘上没有径向运动,科里奥利力就不会发生。因而,在MEMS陀螺仪的规划上,这个物体被驱动,不断地来回做径向运动或许震动,与此对应的科里奥利力便是不断地在横向来回改变,并有可能使物体在横向作细小震动,相位正好与驱动力差90度。(图二)MEMS陀螺仪一般有两个方向的可移动电容板。径向的电容板加震动电压迫使物体作径向运动(有点象加快度计中的自测试形式),横向的电容板丈量由于横向科里奥利运动带来的电容改变(就象加快度计丈量加快度)。由于科里奥利力正比于角速度,所以由电容的改变能够核算出角速度。
图二、MEMS陀螺仪的驱动和传感
图三是Z轴MEMS陀螺仪。它采用了闭合回路、数字输出和传感器芯片跟ASIC芯片分隔平放连线的封装办法。
图三、BOSCH SMG 070原理图