MEMS传感器工作原理总结

MEMS：Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统。微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。

常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。

MEMS传感器用于惯性传感方面主要有加速度传感器和陀螺仪传感器，及其相关变形产品，如：碰撞传感器、侧翻传感器。

一、加速度传感器

1.工作原理：根据牛顿第二定律F=m×a，惯性力等于质量块的质量乘以加速度，可以构建出下图图1结构。该结构已知质量块质量，悬浮弹簧用于测量惯性力，即可得出加速度值。

图1

图2

2.加速度传感器可用于测量什么：

首先是加速度，因为加速度是速度的微分，位移的微分再微分，所以能测量某段时间的相对速度和位移。

另外因为加速度传感器的中有质量块，所以一直受重力影响，只要测量轴向不与重力垂直，就可以测量出传感器与重力的倾斜角。

所以如果是单轴只能仅测几种参数，如果是三轴传感器不仅能够获得以上所有信息，还可以通过三轴之间的数据关系进行进一步的算法开发。

3.输出方式：

输出方式有模拟量和数字量两种，数字量是在模拟量基础上增加AD转换及通讯模块，最后一把通过SPI和I2C通讯协议输出。

4.应用需考虑的问题：

应用的环境温湿度、是否有外界振动影响、量程及精度的选择、寿命及稳定性的选择

二、陀螺仪传感器

1.工作原理：

先要了解一下科里奥利力：在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，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。

公式推导

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​ 根据上述公式，需已知加速度和球（质量块）的速度，即可得出角速度。所以，陀螺仪内部有一个已知速度的质量块，该速度的稳定性将影响到传感器的精度。另外加速度可以通过图1结果获得，这样就可以得到角速度。

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