陀螺仪的基础知识和结构
陀螺仪是一种测量物体旋转速度的传感器。陀螺仪的工作原理对许多工程师来说可能是神秘的。
考虑到这一点，并且受到 来自 analog devices 的一篇文章的启发，本文试图对mems振动陀螺仪背后的理论进行更详细的解释。由于全面的分析可能涉及数学密集型，我们将尝试考虑传感器的特殊方向，以尽可能简化讨论。
使用极坐标系定位旋转对象
使用极坐标系可以更容易地描述旋转物体的位置。假设，如下图 1 所示，对象始终位于 xy 平面内。
图 1. xyz 平面上的示例对象。
随着 θ 的变化，点 a 围绕 z 轴旋转。您可能记得在数学课中，单位向量 ^rr^ 和 ^θθ^ 是为极坐标系定义的，如图 2 所示，以唯一地指定坐标系中的一个点xy 平面。
图 2. 极坐标系示例。
第一项考虑了一个明显的点：如果我们保持 θ 不变，我们仍然可以通过将物体与原点的距离改变 δr 来改变物体的位置，如图 3 所示。在这种情况下，速度应该具有径向分量，即在$$\hat{r}$$的方向。^rr^.
图 3. 通过改变距离来改变物体的位置。
等式 2 中的第二项考虑了这样一个事实：即使与原点的距离是恒定的，物体的位置也会因旋转而改变。请记住，尽管 $$\hat{r}$$ 的长度为 1，但它的方向取决于 θ 并且可以随时间变化。图 4（a） 显示了如果我们保持 r 不变并将角度增加 δθ，则位置如何变化。^rr^长度为 1，它的方向取决于 θ 并且可以随时间变化。图 4（a） 显示了如果我们保持 r 不变并将角度增加 δθ，则位置如何变化。
图 4. 如果 r 为常数且角度增加 δθ （a） 并找到该变化 （b） 时位置如何变化的示例。
va→=drdtr^+rdθdtθ^
洞察方程式
等式 8 中的切线项是振动陀螺仪运行的关键。让我们更仔细地研究一下这个术语是如何创建的。图 5 显示了珠子沿旋转轮辐移动的轨迹。
图 5. 显示珠沿旋转轮辐轨迹的示例。
vθ=rdθd吨=rωvθ=rdθdt=rω
图 5 显示了位置 a5、a6 和 a7 的这些速度分量。在我们的示例中，径向分量的大小是恒定的，但是切向分量呢？
由于 ⍵ 是常数，因此速度的切向分量随 r 增加。换句话说，当我们远离原点时，珠子必须在给定的时间间隔和 δθ 内移动更长的距离。通过比较连续位置向量之间的距离，您可以清楚地看到这一点。
另一个问题是由于这种现象，切向速度的变化速度有多快？
对于给定的 ⍵，给出加速度的切向分量的切向速度的变化率等于 r 的变化率。因此，切向加速度的一个分量由下式给出：
mems陀螺仪的基本结构
图 6 显示了振动陀螺仪的基本结构。
图 6. 振动陀螺仪的示例结构。
质量 （m） 通过阻尼弹簧结构连接到“内部框架”。此外，由正反馈系统（上面未显示）控制的致动器用于驱动质量进入谐波振荡。如图所示，反馈系统保证质量保持在沿 x 轴的可调节连续振荡中。此外，内部框架通过相对于质量振荡方向呈 90° 的第二阻尼弹簧结构连接到“传感器框架”。当在该方向上存在力时，这种配置允许内部框架能够在 y 轴方向上移动。
正如我们将在下一节中看到的，当传感器绕垂直于图中所示 xy 平面的轴旋转时，图 6 所示的结构可以检测角速度。
振动陀螺仪如何工作？
假设，如图 7 所示，陀螺仪固定在逆时针方向旋转的平台上。
图 7. 固定平台上逆时针旋转的陀螺仪。
该图显示了两个不同时刻的传感器。尽管传感器封装与平台中心的距离是固定的，但我们知道质量距离从 r 1变为 r 2是由于其在传感器框架的 x 方向上的振荡。在此示例中，质量距离增加 r 2 》 r 1。
与图 5 中描述的磁珠示例类似，检测质量在传感器 y 轴的正方向上经历切向加速度。在 y 方向上，质量块刚性连接到内部框架。因此，同样的加速度也适用于内部框架。内部框架；然而，最初倾向于保持静止，这会改变内部框架相对于传感器框架的相对位置。
一颗螺丝引发出奇怪的正弦波干扰
vivo S6即将到来，零界全面屏与升降摄像头设计
LG宣布5款gram系列笔记本电脑通过英特尔Evo认证
猎豹当前重点发展AI业务 价值远远不是表面看到的那样
阿里云存储发布新引擎应对数据爆炸时代
陀螺仪的基础知识和结构
AMD发布新款嵌入式处理器，支持4K分辨率显示，CPU性能提升3倍
星纵物联全新品牌宣传片正式发布！
如何协同推进大功率高压快充产业化进程
汽车音响改装布线技术
2.4GHz桌面发卡器可胜任各个物联网领域中的工作
Vishay推出的P沟道功率MOSFET SiA433EDJ
曼科推出声光控LED照明吸顶灯
MOS管开关时，电压电流波形的探究
果树飞防助力贫困山区产业发展 积极履行企业社会责任
晶圆双雄产能计划增长 恐致产能过剩
对比干式血气分析仪和湿式血气分析仪的优缺点
小米发明的“低价抢购”模式还能管用多久
闻泰科技全面剥离地产业务 专注ODM业务
商汤科技为张家口冬奥村打造创新的智慧AR导航应用
考虑到这一点，并且受到 来自 analog devices 的一篇文章的启发，本文试图对mems振动陀螺仪背后的理论进行更详细的解释。由于全面的分析可能涉及数学密集型，我们将尝试考虑传感器的特殊方向，以尽可能简化讨论。
使用极坐标系定位旋转对象
使用极坐标系可以更容易地描述旋转物体的位置。假设，如下图 1 所示，对象始终位于 xy 平面内。
图 1. xyz 平面上的示例对象。
随着 θ 的变化，点 a 围绕 z 轴旋转。您可能记得在数学课中，单位向量 ^rr^ 和 ^θθ^ 是为极坐标系定义的，如图 2 所示，以唯一地指定坐标系中的一个点xy 平面。
图 2. 极坐标系示例。
第一项考虑了一个明显的点：如果我们保持 θ 不变，我们仍然可以通过将物体与原点的距离改变 δr 来改变物体的位置，如图 3 所示。在这种情况下，速度应该具有径向分量，即在$$\hat{r}$$的方向。^rr^.
图 3. 通过改变距离来改变物体的位置。
等式 2 中的第二项考虑了这样一个事实：即使与原点的距离是恒定的，物体的位置也会因旋转而改变。请记住，尽管 $$\hat{r}$$ 的长度为 1，但它的方向取决于 θ 并且可以随时间变化。图 4（a） 显示了如果我们保持 r 不变并将角度增加 δθ，则位置如何变化。^rr^长度为 1，它的方向取决于 θ 并且可以随时间变化。图 4（a） 显示了如果我们保持 r 不变并将角度增加 δθ，则位置如何变化。
图 4. 如果 r 为常数且角度增加 δθ （a） 并找到该变化 （b） 时位置如何变化的示例。
va→=drdtr^+rdθdtθ^
洞察方程式
等式 8 中的切线项是振动陀螺仪运行的关键。让我们更仔细地研究一下这个术语是如何创建的。图 5 显示了珠子沿旋转轮辐移动的轨迹。
图 5. 显示珠沿旋转轮辐轨迹的示例。
vθ=rdθd吨=rωvθ=rdθdt=rω
图 5 显示了位置 a5、a6 和 a7 的这些速度分量。在我们的示例中，径向分量的大小是恒定的，但是切向分量呢？
由于 ⍵ 是常数，因此速度的切向分量随 r 增加。换句话说，当我们远离原点时，珠子必须在给定的时间间隔和 δθ 内移动更长的距离。通过比较连续位置向量之间的距离，您可以清楚地看到这一点。
另一个问题是由于这种现象，切向速度的变化速度有多快？
对于给定的 ⍵，给出加速度的切向分量的切向速度的变化率等于 r 的变化率。因此，切向加速度的一个分量由下式给出：
mems陀螺仪的基本结构
图 6 显示了振动陀螺仪的基本结构。
图 6. 振动陀螺仪的示例结构。
质量 （m） 通过阻尼弹簧结构连接到“内部框架”。此外，由正反馈系统（上面未显示）控制的致动器用于驱动质量进入谐波振荡。如图所示，反馈系统保证质量保持在沿 x 轴的可调节连续振荡中。此外，内部框架通过相对于质量振荡方向呈 90° 的第二阻尼弹簧结构连接到“传感器框架”。当在该方向上存在力时，这种配置允许内部框架能够在 y 轴方向上移动。
正如我们将在下一节中看到的，当传感器绕垂直于图中所示 xy 平面的轴旋转时，图 6 所示的结构可以检测角速度。
振动陀螺仪如何工作？
假设，如图 7 所示，陀螺仪固定在逆时针方向旋转的平台上。
图 7. 固定平台上逆时针旋转的陀螺仪。
该图显示了两个不同时刻的传感器。尽管传感器封装与平台中心的距离是固定的，但我们知道质量距离从 r 1变为 r 2是由于其在传感器框架的 x 方向上的振荡。在此示例中，质量距离增加 r 2 》 r 1。
与图 5 中描述的磁珠示例类似，检测质量在传感器 y 轴的正方向上经历切向加速度。在 y 方向上，质量块刚性连接到内部框架。因此，同样的加速度也适用于内部框架。内部框架；然而，最初倾向于保持静止，这会改变内部框架相对于传感器框架的相对位置。
一颗螺丝引发出奇怪的正弦波干扰
vivo S6即将到来，零界全面屏与升降摄像头设计
LG宣布5款gram系列笔记本电脑通过英特尔Evo认证
猎豹当前重点发展AI业务 价值远远不是表面看到的那样
阿里云存储发布新引擎应对数据爆炸时代
陀螺仪的基础知识和结构
AMD发布新款嵌入式处理器，支持4K分辨率显示，CPU性能提升3倍
星纵物联全新品牌宣传片正式发布！
如何协同推进大功率高压快充产业化进程
汽车音响改装布线技术
2.4GHz桌面发卡器可胜任各个物联网领域中的工作
Vishay推出的P沟道功率MOSFET SiA433EDJ
曼科推出声光控LED照明吸顶灯
MOS管开关时，电压电流波形的探究
果树飞防助力贫困山区产业发展 积极履行企业社会责任
晶圆双雄产能计划增长 恐致产能过剩
对比干式血气分析仪和湿式血气分析仪的优缺点
小米发明的“低价抢购”模式还能管用多久
闻泰科技全面剥离地产业务 专注ODM业务
商汤科技为张家口冬奥村打造创新的智慧AR导航应用