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MEMS陀螺仪技术原理_三轴陀螺仪技术原理

MEMS是什么呢？MEMS（MicroElectroMechanicalsystems，微电子机械系

统）是建立在微米/纳米技术基础上的前沿技术，其是一种可对微米/纳米材料进行设计、

加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成

为一整体单元的微型系统。

与传统的利用角动量守恒原理的陀螺仪相比，MEMS陀螺仪使用了不同的工作原理。传统

的陀螺仪是一个不停转动的物体，其转轴的指向不随承载它的支架旋转而变化。要把这样

一个不停转动的没有支撑的能旋转的物体用微机械技术在硅片衬底上加工出来，显然难上

加难。为此，MEMS陀螺仪在基于传统陀螺仪特性的基础上利用科里奥利力来实现了设备

的小型化。

科里奥利力（Coriolisforce）也就时常说的哥里奥利力、科氏力，它是对旋转体系中进行

直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述，其来自于物

体运动所具有的惯性，由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力就是这样的代

表，地转偏向力有助于解释一些地理现象，如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。

MEMS陀螺仪是科里奥利力的最常见应用，MEMS陀螺仪利用科里奥利力（旋转物体在

径向运动时所受到的切向力），旋转中的陀螺仪可对各种形式的直线运动产生反映，通过

记录陀螺仪部件受到的科里奥利力可以进行运动的测量与控制。为了产生这种力，MEMS

陀螺仪通常安装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。这样，MEMS陀螺仪内的

陀螺物体在驱动下就会不停地来回做径向运动或震荡，从而模拟出科里奥利力不停地在横

向来回变化的运动，并可在横向作与驱动力差90的微小震荡。这种科里奥利力好比角速

度，所以由电容的变化便可以计算出MEMS陀螺仪的角速度。

三轴角速度与旋转速率成正比

以意法半导体的MEMS陀螺仪为例，其核心元件是一个微加工机械单元，在设计上按照