詳解MEMS陀螺儀的工作原理

想象下你坐在一個以恒定轉速旋轉著的旋轉木馬上：你站在它的中心，開始以一個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)。你會感覺到什么力量?這一問題的答案會有助于解釋MEMS陀螺儀的工作原理。

如今，1817年發明的陀螺儀在車輛控制、航空、航天、導航、機器人及軍事領域都得到了應用。MEMS陀螺儀也推動了在消費電子產品當中的應用，例如：在固定相機中的應用和交互式視頻游戲中的應用。許多智能手機的應用程序也都充分利用了MEMS陀螺儀的功能。

工程師們知道，日常活動中的主導力是物理接觸力，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。

陀螺儀是一種測量一個物體圍繞某個中心旋轉軸的角速度的裝置。傳統的陀螺儀體積龐大、昂貴，且不可靠。MEMS技術具有成批生產、體積小、價格低的優勢。幾乎所有的MEMS陀螺儀都采用振動機械元件，這些元件受驅動在芯片平面上振蕩，并響應相同平面上的其他振蕩動作而旋轉。MEMS陀螺儀的主要原理是通過科里奧利加速度，在驅動模式和檢測模式之間轉移能量。對科里奧利力的基本理解使得這一激動人心的技術得到了發展。