MEMS陀螺仪

MEMS陀螺仪(Gyroscope)又名角速度计，为角惯性感测器，用于感测围绕某个轴发生的旋转，测量以度/秒为单位的角速度，不同于传统的陀螺仪用于测量角位移，角速度测量能够间接测量出角位移和速度。陀螺仪与加速计不同的是，陀螺仪测量偏航或者斜度，与重力或线性动作无关。陀螺仪是侦测物体水平改变的状态，但无法计算物体移动的激烈程度，加速度计只能侦测物体的移动行为，但无法侦测物体角度改变的能力，如将陀螺仪和加速计结合起来，就能够感测转动与线性运动的感测器。

陀螺仪解决方案是透过一个不断旋转的陀螺，当感测器晃动时，同时改变陀螺的水平，并改变周遭的电压，而计算出物体移动的角度。陀螺仪的MEMS内部设计，核心元件是一个经过微加工之机械元件，利用科里奥利力(Coriolis)原理把角速率转换成特定感应结构直向位移，进而取得变化量资讯。其工作原理是由相互正交的振动和转动引起的交变科里奥利力，振动物体被柔软的弹性结构悬挂在基底之上。整体动力学系统是二维弹性阻尼系统，在这个系统中振动和转动诱导的科里奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式。MEMS陀螺仪广泛用于各种消费性设备，如数位相机的影像防震、笔记型电脑的硬碟保护、3D遥控器和数位罗盘等，还用在汽车的电子稳定控制(ESC)系统中，甚至自动控制系统控制机器人手脚的行动和平衡。

MEMS陀螺仪照片来自

陀螺仪的核心元件是一个微加工机械单元，在设计上按照一个音叉机制运转，透过科氏力原理(Principle of Coriolis)把角速率转换成一个特定感测结构的位移。以一个单轴偏移(Yaw)陀螺仪为例，探讨最简单的工作原理。两个正在动作的质量向相反方向做连续动作，如水平方向箭头所示。只要从外部施加一个角速率，就会出现一个科氏力，力的方向垂直于质量动作方向，如垂直方向箭头所示。产生的科氏力使感测质量发生位移，位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为感测器感测部分的动电极(转子)位于固定电极(定子)的侧边，上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化，因此，在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专用电路可以检测的电子参数。   意法半导体(ST)研制的MEMS陀螺仪感测器采用与该公司已销售超过六亿个的加速度计相同的制程，可为客户提供最先进且品质可靠的产品，可直接用于终端应用。因为选用了音叉方法设计陀螺仪，其差分特性使系统本身对感测器上的无用线性加速度和杂乱振动的敏感度低于市场上的其他陀螺仪。当这些无用的讯号被施加到陀螺仪上时，两个质量就会沿相同方向位移，在一个差分测量后，终端的电容变化将视为无效。    

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