陀螺儀是用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置，現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復雜，它的精度受到了很多方面的制約。

自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段，據(jù)快包資深數(shù)據(jù)分析師統(tǒng)計，上個月平臺與陀螺儀技術(shù)相關(guān)項目多達十多個，增長趨勢明顯，其中一個單片機+無線模塊+陀螺儀項目已經(jīng)完成，在工作人員的說服下，服務商愿意給大家分享陀螺儀開發(fā)的經(jīng)驗，共享知識，共同學習進步。

“這是一個陀螺儀測量其載體的角度狀態(tài)，通過無線模塊（WIFI或藍牙或紅外均可）傳輸?shù)?0米之內(nèi)的接受器，再由單片機讀取角度狀態(tài)數(shù)據(jù)”服務商對筆者介紹道。在與之聊天的過程中，他分享了陀螺儀設計開發(fā)的一些心得，供大家參考。

技術(shù)成熟的MEMS加速度計分為三種:壓電式、容感式、熱感式。壓電式MEMS加速度計運用的是壓電效應，在其內(nèi)部有一個剛體支撐的質(zhì)量塊，有運動的情況下質(zhì)量塊會產(chǎn)生壓力，剛體產(chǎn)生應變，把加速度轉(zhuǎn)變成電信號輸出。

容感式MEMS加速度計內(nèi)部也存在一個質(zhì)量塊，從單個單元來看，它是標準的平板電容器。加速度的變化帶動活動質(zhì)量塊的移動從而改變平板電容兩極的間距和正對面積，通過測量電容變化量來計算加速度。Freescale的MMA7660FC這一款加速度計（3-Axis Orientation/Motion Detection Sensor），這一款芯片也是利用這一原理設計的。datasheet的第9頁介紹了其工作原理：當芯片有向右的加速度時，中間的活動質(zhì)量快相對于另外兩塊電容板向左移動，這兩平行板電容器的電容就發(fā)生了變化，從而測量出芯片運動的加速度。

熱感式MEMS加速度計內(nèi)部沒有任何質(zhì)量塊，它的中央有一個加熱體，周邊是溫度傳感器，里面是密閉的氣腔，工作時在加熱體的作用下，氣體在內(nèi)部形成一個熱氣團，熱氣團的比重和周圍的冷氣是有差異的，通過慣性熱氣團的移動形成的熱場變化讓感應器感應到加速度值。

由于壓電式MEMS加速度計內(nèi)部有剛體支撐的存在，通常情況下，壓電式MEMS加速度計只能感應到“動態(tài)”加速度，而不能感應到“靜態(tài)”加速度，也就是我們所說的重力加速度。而容感式和熱感式既能感應“動態(tài)”加速度，又能感應“靜態(tài)”加速度。

從上面的分析中，我們可以看到利用容感式和熱感式加速度計進行定向時，加速度計測得的加速度里面包括重力加速度在各個軸上的重力分量和動態(tài)運動引起的加速度分量。因而，我覺得我們在利用這一類加速度計進行定向時，必須將動態(tài)加速度去掉（較為困難）；在進行檢測芯片的運動時，必須將重力加速度的去掉。

我覺得如果我們選擇用加速度計來進行定向的話，我們可以考慮ST的LSM303DLH（5*5*1mm,0.83mA）這一款芯片。這一款芯片集成了測加速度和磁場的功能，完全可以滿足我們定向的需求

MEMS陀螺儀利用科里奧利力——旋轉(zhuǎn)物體在有徑向運動時所受到的切向力。假設旋轉(zhuǎn)物體有徑向速度Vr，那么將會產(chǎn)生切向科里奧利加速度。

從上面的公式中，我們可以看到科里奧利加速度的大小是正比于物體旋轉(zhuǎn)的角速度。如果我們在切向安裝一個加速度計測出科里奧利加速度，那么我們就可以間接得到物體旋轉(zhuǎn)的角速度。

實際的MEMS陀螺儀的設計如下圖。如果物體在圓盤上沒有徑向運動，科里奧利力就不會產(chǎn)生。因此，在MEMS陀螺儀的設計上，這個物體被驅(qū)動，不停地來回做徑向運動或者震蕩，與此對應的科里奧利力就是不停地在橫向來回變化，并有可能使物體在橫向作微小震蕩，相位正好與驅(qū)動力差90度。MEMS陀螺儀通常有兩個方向的可移動電容板。徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向運動（有點象加速度計中的自測試模式），橫向的電容板測量由于橫向科里奧利運動帶來的電容變化（就象加速度計測量加速度）。因為科里奧利力正比于角速度，所以由電容的變化可以計算出角速度。