MEMS陀螺儀即硅微機電陀螺儀，絕大多�(shù)的MEMS陀螺儀依賴于相互正交的振動和轉動引起的交變科里奧利�。MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是指集機械元�、微�傳感�、微��(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電�、通信�電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)�
MEMS 陀螺儀(gyroscope)的工作原理傳�(tǒng)的陀螺儀主要是利用角動量守恒原理, 因此它主要是一個不停轉動的物體, 它的轉軸� 向不隨承載它的支架的旋轉而變�.
但是 MEMS 陀螺儀(gyroscope)的工作原理不是這樣�,因為要用微機械技術在硅片襯底 上加工出一個可轉動的結構可不是一件容易的�.MEMS 陀螺儀利用科里奧利力——旋� 物體在有徑向運動時所受到的切向力. 下面是導出科里奧利力的方�. 有力學知識的讀者應 該不難理�.
在空間設立動�(tài)坐標�(圖一).用以下方程計算加速度可以得到三項,分別來自徑向� �,科里奧利加速度和向心加速度.
如果物體在圓盤上沒有徑向運動,科里奧利力就不會�(chǎn)�.因此,� MEMS 陀螺儀的設� �,這個物體被驅動,不停地來回做徑向運動或者震�,與此對應的科里奧利力就是不停� 在橫向來回變�,并有可能使物體在橫向作微小震�,相位正好與驅動力� 90 �.
MEMS 陀螺儀通常有兩個方向的可移動電容板.徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向 運動(有點象加速度計中的自測試模式) ,橫向的電容板測量由于橫向科里奧利運動帶來� 電容變化(就象加速度計測量加速度) .因為科里奧利力正比于角速度,所以由電容的變� 可以計算出角速度.
MEMS陀螺儀是利� coriolis 定理，將旋轉物體的角速度轉換成與角速度成正比的直流電壓信號，其核心部件通過摻雜技�、光刻技�、腐蝕技�、LIGA技�、封裝技術等批量生產(chǎn)的，它主要特點是
1. 體積�、重量輕，其邊長都小� 1mm，器件核心的重量僅為1.2mg�
2. 成本�
3. 可靠性好，工作壽命超� 10 萬小時，能承�1000g 的沖��
4. 測量范圍�，目前我公司生產(chǎn)� MEMS 陀螺儀測量范圍可擴展到7560?/s�
MEMS 陀螺儀(gyroscope)的設計和工作原理可能各種各樣,但是公開� MEMS 陀螺儀� 采用振動物體傳感角速度的概�. 利用振動來誘導和探測科里奧利力而設計的 MEMS 陀螺儀 沒有旋轉部件, 不需要軸�, 已被證明可以用微機械加工技術大批量生產(chǎn). 絕大多數(shù) MEMS 陀螺儀依賴于由相互正交的振動和轉動引起的交變科里奧利力. 振動物體被柔軟的彈性結� 懸掛在基底之�. 整體動力學系�(tǒng)是二維彈性阻尼系�(tǒng), 在這個系�(tǒng)中振動和轉動誘導的科 里奧利力把正比于角速度的能量轉移到傳感模式.
通過改進設計和靜電調試使得驅動和傳感的共振頻率一�, 以實�(xiàn)可能的能量轉�, � 而獲得靈敏度.大多�(shù) MEMS 陀螺儀驅動和傳感模式完全匹配或接近匹配,它對系統(tǒng)� 振動參數(shù)變化極其敏感, 而這些系統(tǒng)參數(shù)會改變振動的固有頻率, 因此需要一個好的控制架 構來做修�.如果需要高的品質因�(Q) ,驅動和感應的頻寬必須很窄.增加 1%的頻寬可 能降� 20%的信號輸�.還有阻尼大小也會影響信號輸出.
一般的 MEMS 陀螺儀由梳子結構的驅動部分和電容板形狀的傳感部分組�. 有的設計還帶有去驅動和傳感耦合的結�.
陀螺儀在選用時，必須注意被測參�(shù)的物理環(huán)境和必要的性能指標。具體要求分列如下：
1.性能要求
?�?.隨機漂移、隨機游走系�(shù)、輸出噪�
不同結構形式、不同原理的陀螺儀的對漂移率定義和要求不同，機械式陀螺儀精度使用的是隨機漂移，光纖陀螺儀使用的隨機游走系�(shù)�
隨機漂移——指由隨機的或不確定的有害力矩引起的漂移��
隨機游走系數(shù)——由白噪聲產(chǎn)生的隨時間累計的陀螺儀輸出誤差系數(shù)�
單位: ?/h1/2�?/s1/2�
輸出噪聲的單位：?/h/Hz1/2�?/s /Hz1/2 �
輸出噪聲和隨機游走系�(shù)的關系如下：
1?/h/Hz1/2=1?/60×h1/2
1?/s /Hz1/2=1?/s1/2
MEMS 陀螺儀使用的輸出噪聲這個指標。并且一定要選定合適的帶�，在能滿足使用要求的前提�，盡量選擇帶寬較低的陀螺儀，因為帶寬越�，輸出噪聲越��
?�?測量范圍
選擇陀螺儀的量程時，應注意以下幾點�
輸入角速率——陀螺儀正、反方向輸入角速率的�，在此輸入角速率范圍�，陀螺儀標度因數(shù)非線性滿足規(guī)定要��
?�?閾值——陀螺儀能敏感的最小輸入角速率。由該輸入角速率�(chǎn)生的輸出至少應等于按標度因數(shù)所期望輸出值的50％。單位：?/s�?/h�
�.分辨率——陀螺儀在規(guī)定的輸入角速率�，能敏感的最小輸入角速率增量，至少應等于按標度因�(shù)所期望輸出增量�50�。單位：?/s�?/h�
選擇陀螺儀的測量范圍時，的角速率是陀螺儀的量程的2/3，最小的角速率應該高于閾�、分辨率�
?�?標度因數(shù)——陀螺儀輸出量與輸入角速率的比值�
它是用某一特定直線的斜率表示的，該直線是根�(jù)整個輸入角速率范圍內測得的輸入、輸出數(shù)�(jù)，用最小二乘法擬合求得�
?�?標度因數(shù)非線性度——在輸入角速率范圍內，陀螺儀輸出量相對于最小二乘法擬合直線的的偏差與輸出量之比�
2.�(huán)境要�
�.溫度范圍要求，必須滿足陀螺儀使用的極限溫��
?�?線加速度與沖擊。必須滿足陀螺儀極限溫度
?�?振動條件，分為正弦振�、隨機振��
3.基本物理參量
主要指重�、體�、功率以及能源種類等方面的要求�
4.可靠性和壽命�
指的是抗沖擊、抗干擾的能力和有效的使用時��
1. 首先要認清陀螺儀上面的標�
代表為角速率陀螺儀的輸入軸（按右手�(guī)則）朝上，角速度為逆時針方��
代表為角速率陀螺儀的輸入軸（按右手�(guī)則）朝下，角速度為順時針方向�
2. 陀螺儀的安裝基準面是兩邊的安裝法蘭盤�
3. 安裝陀螺儀時必須將儀表的輸入軸與被測角速度的方向同軸或平行�
維庫電子�，電子知�，一查百��
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