目录0 .前言1. MEMS加速度计2. MEMS陀螺仪3. MEMS磁强计4 .参考资料
0 .前言
本文是对HowToMechatronics1网站上关于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的文章的翻译和补充。
1. MEMS加速度计1MEMS加速度计的原理概略图如下图所示。 质量块质量块由弹簧springs支撑，仅在预定方向上位移，并检测特定方向上的加速度； 绿色的部分是固定的电极板固定板。 关于检测原理，当质量体感到加速度时，向与其对应的方向位移，由固定电极板构成的两个平行平板电容器C1、C2的电容的大小发生变化，如果检测出其电容值的大小，则可以换算为相应的加速度。
2. MEMS陀螺MEMS陀螺的检测原理与MEMS加速度计相似，但需要与cbdkl效应(Coriolis Effect )相对应的cbdkl力(Coriolis Force )。
以下内容引用自维基百科力量。
cbdkl力来源于物体运动所具有的惯性。 在旋转系统中进行直线运动的质点，在惯性的作用下，有继续沿着本来的运动方向运动的倾向，但由于系统本身在旋转，经过一定时间的运动后，系统内的质点的位置发生变化，但从旋转系统的角度来看，其本来的运动倾向的方向会发生一定程度的偏移。
如上图所示，一个质点相对惯性系统进行直线运动时，其轨迹相对于旋转系统为曲线。 一般认为有立足于旋转系统，将质点的运动轨迹做成曲线的力。 这个力就是cbdkl力。
根据牛顿力学的理论，以回转系统为参照系，这种质点直线运动偏离原来方向的趋势归结为一个作用力的作用，这就是cbdkl力。 从物理学角度考虑，cbdkl力与离心力一样，表明惯性作用在非惯性系统内，而不是实际存在的力。
自觉的糕奥利力计算公式为以下：
f=2m( ) ) vec ) f_c )=-2m (vec ) ) omega ) times (vec ) v ) ) fc=2m (v ) ) ) ) ) ) )
式中的F c vec{F_c} Fc为cbdkl力； m是质点的质量，v(vec ) v是质点的运动速度； (vec(omega )是旋转系统角速度； (times)表示两个向量的外积(外积)符号。
以上关于cb
dkl力的介绍，再看陀螺仪的原理就很容易了。如下图所示，绿色箭头表示输入的角速度，右手螺旋一握可知，绿色箭头内的虚线往上为角速度方向；红色箭头表示质量块的驱动速度，由此产生的cbdkl力为蓝色箭头，其方向可以参考上面公式 F c ⃗ = − 2 m ( ω ⃗ × v ⃗ ) vec{F_c}=-2m( vec{omega} times vec{v}) Fc =−2m(ω ×v )，右手由角速度方向（虚线向上）握向速度（红色箭头）的反向（蓝色箭头）。下面介绍陀螺仪内部的原理简图。如下图所示，仔细看三个有字的地方，左边是驱动质量块运动的方向driving direction，右边是输入角速度方向，中间是质量块以及传感器的敏感方向。
由于引入了科氏力（cbdkl力），容易解释质量块在传感方向上会产生位移，由此引起平行板电容器电容值的改变，检测电容值即可换算得到输入的角速度。
注意：驱动方向是来回往复的，质量块在驱动方向的位移可以用一个方程来描述，类似2
对上式关于时间求导可以得的驱动速度 v ⃗ vec{v} v ，由于质量块质量 m m m已知，将其都代入 F c ⃗ = − 2 m ( ω ⃗ × v ⃗ ) vec{F_c}=-2m( vec{omega} times vec{v}) Fc =−2m(ω ×v )中可知，只需检测出科氏力 F c ⃗ vec{F_c} Fc 即可得到输入的角速度 ω ⃗ vec{omega} ω 。再进一步，将上式左右除质量m，可以得到哥氏加速度 a c ⃗ = − 2 ω ⃗ × v ⃗ vec{a_c}=-2vec{omega} times vec{v} ac =−2ω ×v ，于是问题就转换为了检测加速度。从这点可以看出，MEMS陀螺仪是对加速度敏感的，因此其数据手册里误差项一般会有相应的指标。 3. MEMS磁强计
1它利用霍尔效应或磁阻效应测量地球磁场。实际上，市场上几乎90%的传感器都使用霍尔效应，下面是它的工作原理。
如果我们有一个下图中所示的导电板，我们设置电流流过它，电子会直接从板的一边流到另一边。
现在，如果我们在平板附近加一些磁场，我们就会扰乱电子的直线流动，电子会偏转到平板的一侧，而正电荷（空穴）会偏转到平板的另一边。也就是说，如果我们现在把电表放在两边之间，我们会得到一些电压，这取决于磁场的强度和方向，检测这个电压就可换算成磁场的强度和方向。
市场上其他10%的传感器使用磁阻效应。这些传感器使用对磁场敏感的材料，通常由铁(Fe)和镍(Ne)组成。因此，当这些材料暴露在磁场中时，它们的电阻就会改变。
有关MEMS传感器的文献搜罗了几篇，上传到了网盘，有需要的可以下载。
链接：https://pan.baidu.com/s/1NTqy4Ne6oNckIYLrXgR25A
提取码：ayc4
https://howtomechatronics.com/how-it-works/electrical-engineering/mems-accelerometer-gyrocope-magnetometer-arduino/ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Zhanshe G , Fucheng C , Boyu L , et al. Research development of silicon MEMS gyroscopes: a review[J]. Microsystem Technologies, 2015, 21(10):2053-2066. ↩︎