詳解MEMS陀螺儀的工作原理

想象下你坐在一個(gè)以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)著的旋轉(zhuǎn)木馬上：你站在它的中心，開始以一個(gè)恒定的速度沿著一條直線行走，這條直線是以放射狀畫在地板上，從中心指向外沿(圖1)。你會(huì)感覺到什么力量?這一問題的答案會(huì)有助于解釋MEMS陀螺儀的工作原理。

如今，1817年發(fā)明的陀螺儀在車輛控制、航空、航天、導(dǎo)航、機(jī)器人及軍事領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。MEMS陀螺儀也推動(dòng)了在消費(fèi)電子產(chǎn)品當(dāng)中的應(yīng)用，例如：在固定相機(jī)中的應(yīng)用和交互式視頻游戲中的應(yīng)用。許多智能手機(jī)的應(yīng)用程序也都充分利用了MEMS陀螺儀的功能。

工程師們知道，日?；顒?dòng)中的主導(dǎo)力是物理接觸力，例如：摩擦力，以及在一定距離上作用的力——電磁力和重力。然而什么是慣性力、離心力，以及以科里奧利(Gaspard-Gustave Coriolis)命名的科里奧利力?它們不是真正的力嗎?答案：不是。

陀螺儀是一種測(cè)量一個(gè)物體圍繞某個(gè)中心旋轉(zhuǎn)軸的角速度的裝置。傳統(tǒng)的陀螺儀體積龐大、昂貴，且不可靠。MEMS技術(shù)具有成批生產(chǎn)、體積小、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)。幾乎所有的MEMS陀螺儀都采用振動(dòng)機(jī)械元件，這些元件受驅(qū)動(dòng)在芯片平面上振蕩，并響應(yīng)相同平面上的其他振蕩動(dòng)作而旋轉(zhuǎn)。MEMS陀螺儀的主要原理是通過科里奧利加速度，在驅(qū)動(dòng)模式和檢測(cè)模式之間轉(zhuǎn)移能量。對(duì)科里奧利力的基本理解使得這一激動(dòng)人心的技術(shù)得到了發(fā)展。