MEMS陀螺仪工作原理

MEMS陀螺仪利用科氏加速度来测量角速率。关于科氏效应的解释，从图1开始。设想自己站在一个旋转平台上，站在靠近中心的位置。您相对于地面的速度以蓝色箭头的长度来显示。如果您移动到靠近平台外缘的位置，您相对于地面的速度会加快，具体由更长的蓝色箭头表示。由径向速度引起的切向速度的增长率，就是科氏加速度。

图1. 科氏加速度示例。人员向北移动到旋转平台的外缘时，必须增大向西的速度分量（蓝色箭头），以保持向北移动的路线。所需的加速度就是科氏加速度。

如果Ω表示角速率， r 表示半径，切向速度即为Ωr。所以，如果在速度为v时，r改变，则会产生切向加速度Ωv。其值是科氏加速度的一半。另一半来自径向速度方向的改变，总共为2Ωv。如果您施加质量体(M)，那么平台必须施加力—2MΩv—来产生这种加速度，那么质量体也会经受对应的反作用力。ADXRS645通过使用与人在旋转平台上向中心和向外缘移动时对应的谐振质量体来利用这种效应。质量体是采用多晶硅，通过微机械加工而成，并粘接在多晶硅框架上，所以它只能沿一个方向谐振。

图2. 科氏效应演示：响应悬挂在框架内的硅质量体的谐振。绿色箭头表示结构受到的力（基于谐振质量体的状态）。

图2显示，当谐振质量体向旋转平台的外缘移动时，它向右加速，并向左对框架施加一个反作用力。当它向旋转中心移动时，它向右施加一个力，如绿色箭头所示。

为了测量科氏加速度，我们使用与谐振运动方向呈90°的弹簧，将包含谐振质量体的框架连接到衬底上，具体如图3所示。此图还显示了科氏检测指针，它通过电容转导，在受到施加给质量体的力影响时检测框架的位移。

图3. 该陀螺仪的机械架构原理图。

图4显示完整的结构，从中可以看出，当谐振质量体移动，陀螺仪所在的安装平面旋转时，质量体和其框架会受到科氏加速度影响，并因为振动旋转90°。随着转速加快，质量体的位置和从对应的电容获取的信号发生改变。需要注意的是，陀螺仪可以按任意角度放置在旋转物体的任意位置，只要它的检测轴与旋转轴平行即可。

图4. 框架和谐振质量体受科氏效应影响，产生横向位移。

PA-ARG-02D高精度陀螺仪

PA-ARG-02D是由西安精准测控有限责任公司研发生产的一款全国产的高性能、小体积、耐高过载的数字陀螺仪。常温下零偏稳定性小于0.2°/h，可用于武器的精确导航、控制和动态测量。此系列产品采用完全国产化的MEMS器件，兼具高可靠性和高稳定性，在振动、冲击恶劣的工况下测量运动载体的角速率信息。同时该产品单、三轴可选，水平、垂直极性可选，具有强大的产品适应性。