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皆属惯性属性应用。科里奥利（CoriolisForce）

一圆盘绕铅垂线以角速度ω转动。盘心有一光滑小孔，沿半径方向有一光滑小槽。槽中

有一小球被穿过小孔的细线所控制，使其只能沿槽做匀速运动，假定小球以速度v向外运动。

设在距圆心为r的时刻，径向速度为v沿Y轴正向，切向速度为ωr沿轴X正向。则经

历短暂时间dt后，

X轴速度为vx=vsinωdt+ω(r+vdt)cosωdt，因为ωdt为小角度，所以sinωdt=ωdt，

cosωdt=1，所以X轴速度改变量dvx=vx-ωr=2vωdt

同理，Y轴速度改变量为dvy=vcosωdt-ω(r+vdt)sinωdt-v=ω^2*rdt，所以F切(即

科氏力)=mdvx/dt=2mvω，F法(即向心力)=mω^2*r

微机电系统(MEMS)技术的飞速发展已经允许制造商在微型芯片上制造出

完整的陀螺装置。不仅如此，随着时间的推移，MEMS陀螺仪价格正变得越来

越便宜，体积也越来越小。技术的发展和价格的降低使得集成式MEMS陀螺仪

能很好地工作于许多实际应用场合。

虽然传统的陀螺仪主要用于测量角位移，但目前的MEMS陀螺仪可以用来

测量以度/秒为单位的角速度。如图1所示的传统陀螺仪的工作原理是角惯性

属性。当一个旋转物体，如旋转陀螺，在它的旋转轴方向变化方面出现很强

的惯性时，这种属性可以很容易观察到。

这种现象跟我们能骑自行车的道理是一样的。图1所示装置的中间有个圆

盘在高速旋转。这种旋转将使圆盘产生巨大的惯性。当装置旋转时，中间的

圆盘会停留在相同的角位置。此时可以很容易测出圆环和固定旋转圆盘之间

夹角的变化。陀螺仪的旋转部分也能有效地用于保持角取向不变，因此陀螺

仪在罗盘中得到了很好地应用。

MEMS陀螺仪的原理

MEMS陀螺仪比传统陀螺仪更有用，因为它们一般测量的是角速度而不角

位移。角速度测量更加有用，因为随着时间的累积能够间接测量出角位移和

速度。

有许多技术可以用来检测MEMS陀螺仪的角速度。这些技术通常都有一个

共同点，即它们使用振动块而不是使用旋转块，即使与它相连的结构在旋转。

因此，使用振动而不是全程旋转可以获得同样的旋转检测效果，而全程旋转

在MEMS设备中更难实现。

MEMS陀螺仪背后的物理现象就是科里奥利效应。这种现象是当一个物体

在旋转的参考系中作线性方向运动时产生的(请参考图2)。假设你站在正在旋

转的旋转木马上，所处位置标示为t1。如果你决定经直线向外边走，你就能

体会到科里奥利效应。

图1.传统机械式陀螺仪。

图2.科里奥利效应中呈现的速度和加速向量。

科里奥利加速的第一部分，根据物理知识我们知道，旋转木马上的任何

点都有一个瞬时速度Ωr，其中Ω是旋转速度，r是旋转木马上该点的半径。

因此图2中每个蓝色速度向量都有一个幅度Ωr，如果你站在其中任何点上，

你会拥有相同的切向速度。红色的等速向量代表了径向速度，是你走向外边