MEMS陀螺仪原理

MEMS陀螺仪是一种用来测量角速度和角位移的MEMS传感器，在消费电子、汽车电子、医疗电子、工业机器人等领域有着广泛的应用。本期专业MEMS测试设备方案服务商SPEA为大家简单介绍下MEMS陀螺仪的原理和分类。

MEMS陀螺的基本原理是利用科里奥利力进行能量的传递，将谐振器的一种振动模式激励到另一种振动模式，后一种振动模式的振幅与输入角速度的大小成正比，通过测量振幅实现对角速度的测量。科里奥利力加速度是动参系的转动与动点相对动参系运动相互耦合引起的加速度。它的方向垂直于角速度矢量和相对速度矢量。判断方法按照右手旋进规则进行判断。

假如质点以非常快的速度沿转盘径向做简谐振动，利用右手旋进准则可判断出，质点将在转盘上不停地沿垂直于简谐振动方向和转盘角速度两方向垂直的第三方向振动，利用这一原理就可制作出MEMS陀螺仪。

如果物体在圆盘上没有径向运动，科里奥利力就不会产生。因此，在 MEMS 陀螺仪的设计上，这个物体被驱动，不停地来回做径向运动或者震荡，与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化，并有可能使物体在横向作微小震荡，相位正好与驱动力差90 度。MEMS 陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板。径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动，横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化。因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。

MEMS 传感器的传感电容变化量极其微小，比如典型的表面微加工的加速度计，传感电容原始值仅为50 fF~1 pF，传感电容极板间初始距离为1μm 左右，相应所产生的传感电容变化量只有0.38×10-18 F。如此小的电容变化量经常会淹没在各种噪声中，测试电路测试精度还会受到各种寄生电容的影响，所以说设计高精度的微弱电容读出电路是个巨大的挑战。