振动式硅微机械陀螺仪的基本原理

在一个旋转的坐标系中讨论质点的运动时会有如下现象，当一个质点以速度v在惯性坐标系中直接运动时，如果旋转坐标系在惯性坐标系以角速度W转动，则在旋转坐标系中观测该质点时，质点不再沿原先v的方向运动，而是产生了同时垂直于W和v方向的偏离，似乎该质点收到了力的作用。

实际上，并不是质点受到了力的作用而发生运动状态的改变，而是旋转坐标系在旋转，他不符合牛顿坐标系的条件，不能直接应用牛顿运动定律描述质点的运动。为了在旋转的坐标系中仍然能够按照牛顿运动定律描述质点的运动，1835年法国气象学家科里奥利引入了一个虚拟力的概念，这个力称为科氏力，科氏力的定量描述为：

F=-2mW×v

振动式硅微陀螺最基本的原理模型如图2所示，即一个检测质量m在两个正交方向上由弹性结构支撑（图中x、y方向），与这两个方向正交的方向即为输入轴。其工作时首先在y方向施加驱动力，使之产生沿y方向的振动，该方向称为驱动方向，结构的相应振动模态称为驱动模态。

此时检测质量便具有了速度v和动量。当陀螺载体有绕z轴的角速度W输入时，根据科氏原理敏感质量将受到沿x方向的科氏力作用，从而产生沿x方向的振动，该方向称为检测方向，结构的相应振动模态称为检测模态。检测模态的运动通过检测装置转换为电信号，并进行必要的处理，即可得到大小与陀螺载体的转动角速度成正比的角速度信号。

图1 振动式硅微陀螺仪基本原理图

图1中的阻尼器是硅微机械陀螺仪敏感结构运动时所受到的气体阻尼和弹性支撑结构的材料内耗等，会在陀螺的运动中产生能耗，对陀螺性能产生影响，因此是一个要尽量要避免的因素。