MEMS加速度计和陀螺仪工作原理

01 MEMS 加速度计工作原理 

根据胡克定律,在弹性限度内， 物体的形变跟引起形变的外力成正比。

公式：F=-kx， 其中 k是物质的弹性系数， 它由材料的性质所决定， 负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反。

根据牛顿第二定律，物体的加速度 a 跟物体所受的合外力 F成正比，跟物体的质量 m成反比， 加速度的方向跟合外力的方向相同。公式：F=ma

下图是加速度计单轴，内部示意图

如图

质量块Mass被弹簧支撑，使得其只能沿着预定方向位移，从而检测特定方向的加速度；紫的部分是固定的电极板Fixedplates。检测原理是当质量块感受到加速度时，会在相应方向产生位移，从而使得固定电极板构成的两个平行板电容器C1，C2的电容大小发生改变，检测其电容值大小即可换算成相应的加速度。

如何用一个机械传感器测量多轴加速度

n弹簧，质量块，fingers被安排成可在X、Y、 Z三个方向运动 n在X、Y轴上(与芯片的平面平行),通过测量运动finger和固定finger间的电容变化来获得位移信息，进而得到加速度。 n在Z轴上，通过测量运动质量块和基片间的电容变化来获得位移信息，进而得到加速度。

02 MEMS 陀螺仪工作原理 

通过测量科里奥利力测量陀螺仪的角速度。引用自维基百科对科里奥利力的介绍：科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性的作用，有沿着原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。

如上图所示，当一个质点相对于惯性系做直线运动时，相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系，我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这个力就是科里奥利力。

根据牛顿力学的理论，以旋转体系为参照系，这种质点的直线运动偏离原有方向的倾向被归结为一个外加力的作用，这就是科里奥利力。从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现。

在加旋转后，谐振器开始移动。单质量块陀螺仪是不能区分旋转，因此至少需要两个质量块，它们以相同的频率振荡，但相位相差180°

审核编辑：汤梓红