详细介绍MEMS陀螺仪的工作原理和角速度计算原理

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MEMS陀螺仪,即硅微机电陀螺仪,是一种利用微机电系统技术制造的精密仪器。它主要通过相互正交的振动和转动引起的科里奥利力来测量角速度或角位移。
 
与之相对,MEMS加速度计则采用不同的原理来测量物体的加速度。目前,主要有三种成熟的MEMS加速度计类型:
 
压电式加速度计:利用压电效应来实现加速度测量。其内部设有一个质量块,当质量块发生运动时,会产生压力,导致刚体发生变形,并将加速度转换为电信号输出。
 
容感式加速度计:该类型加速度计内置质量块,从单个单元来看,类似于一个平板电容器。当加速度发生变化时,活动质量块会移动,改变平板电容器两极之间的间距和正对面积,通过测量电容变化量来计算加速度。
 
热感式MEMS加速度计采用了一种不同的工作原理。它内部并没有质量块,而是由一个加热体和周围的温度传感器组成。在工作时,加热体会产生热气团,而热气团的比重与周围冷气存在差异。通过测量惯性热气团的移动所引起的热场变化,感应器可以检测到加速度值。
 
相比之下,压电式MEMS加速度计由于内部存在刚体支撑,通常只能感应到“动态”加速度,而无法感应到“静态”加速度,也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式加速度计既能感应到“动态”加速度,又能感应到“静态”加速度。
 
基于上述分析,当使用容感式和热感式加速度计进行定向时,测得的加速度包括了各个轴上的重力加速度分量和动态运动引起的加速度分量。因此,在利用这类加速度计进行定向时,我们需要将动态加速度分量去除(这可能较为困难);同时,在检测点点taptap安卓的运动时,我们需要消除重力加速度分量的影响。

MEMS陀螺仪

MEMS陀螺仪利用科里奥利力来测量物体的***角速度。科里奥利力是指当一个物体发生径向运动时所产生的切向力。假设物体具有径向速度Vr,则会引起切向科里奥利加速度。
 
从上述公式可以看出,科里奥利加速度的大小与物体的***角速度成正比。因此,如果在陀螺仪中安装一个加速度计来测量科里奥利加速度,就可以间接地得到物体的***角速度。
 
实际的MEMS陀螺仪的设计如下:如果物体在圆盘上没有径向运动,则不会产生科里奥利力。因此,在设计MEMS陀螺仪时,物体被驱动以进行持续的径向运动或振荡。相应地,科里奥利力将持续地在横向方向上移动,并且可能导致物体在横向上轻微振动,其相位恰好与驱动力差90度。MEMS陀螺仪通常具有双向可移动的电容板。径向电容板施加振荡电压以强制物体进行径向运动(类似于加速度计中的自测模式),而横向电容板测量由横向科里奥利运动引起的电容变化(类似于加速度计测量加速度)。由于科里奥利力与角速度成正比,因此可以通过测量电容变化来计算角速度。
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