如今工程師所設(shè)計的很多系統(tǒng)和產(chǎn)品中都包含有微機電系統(tǒng)（MEMS）傳感器，特別是MEMS陀螺儀等關(guān)鍵元器件。這些應用種類繁多，從便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備到工業(yè)機器人、關(guān)鍵的汽車安全系統(tǒng)等一應俱全。它們對低功率、小尺寸、環(huán)境耐受性及低成本等提出了越來越高的要求。為滿足這些需求，如今的設(shè)計工程師正在思考新的解決方案，同時也在尋求能將理論與實踐相結(jié)合并能將實驗室與生產(chǎn)線相連接的新合作伙伴。他們想要尋求創(chuàng)新和形成規(guī)模。

　　而被稱之為體聲波（BAW）的新一代創(chuàng)新MEMS技術(shù)正為這些問題提供了解決方案。體聲波技術(shù)正被用于開發(fā)一類全新的固態(tài)MEMS陀螺儀，其不僅能很好滿足低功率、小尺寸、低成本及高產(chǎn)量等要求，同時還提高了產(chǎn)品的總體性能。

　　陀螺儀技術(shù)的局限性

　　所有商用MEMS陀螺儀的基本原理均相同，即在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下同一結(jié)構(gòu)的兩個振動模態(tài)之間因科里奧利力發(fā)生的能量轉(zhuǎn)移。指定旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生絕對加速度的基本運動學關(guān)系用于形成耦合微分方程，所得方程反過來又指定驅(qū)動振動模態(tài)和檢測振動模態(tài)下的運動。對所得方程進行求解后，可以得到下述陀螺儀靈敏度（xSNS/Ω）與工作頻率（ωDRV、ωSNS）、Q值（Q）及驅(qū)動模態(tài)位移振幅（xDRV）之間的關(guān)系表達式。

　　從這個方程式中可以明顯看出，旋轉(zhuǎn)靈敏度會隨著驅(qū)動模態(tài)位移振幅的增加而增加。然而，由于功率限制增加，大驅(qū)動振幅主要依靠器件整體剛度（即工作頻率）的減小來實現(xiàn)。因此，市面上銷售的陀螺儀工作頻率都在5kHz~50kHz之間。但這樣的工作頻率不僅限制了MEMS振動陀螺儀對振動和沖擊的耐受性能，同時還造成其模態(tài)匹配優(yōu)勢難以發(fā)揮。該優(yōu)勢指的是旋轉(zhuǎn)靈敏度對機械品質(zhì)因數(shù)的依賴程度，如下列在兩個工作頻率相同（ωDRV = ωSNS）的特殊情況下的方程式所示[1]：

　　圖1a：一個硅BAW圓盤陀螺儀的掃描電子顯微照（SEM）。(SEM圖像由Qualtré公司提供）

　　圖1b：“n=3”面內(nèi)簡并BAW模態(tài)的可視化表示用于檢測垂直于平面的旋轉(zhuǎn)（圖片由Qualtré公司提供）

　　剛度的增加使體聲波陀螺儀在生產(chǎn)和現(xiàn)場運行過程中均不受靜摩擦力的影響，從而消除了現(xiàn)有基于平移的振動音叉架構(gòu)中關(guān)于良品率和可靠性一個重大問題。在更高的頻率下工作可以進行高Q值模態(tài)匹配操作，從而實現(xiàn)出眾的旋轉(zhuǎn)靈敏度，同時無需大驅(qū)動位移振幅、高真空水平及力反饋架構(gòu)。

　　圖1a顯示了一個在厚度為35μm的絕緣體上硅（SOI）襯底上實現(xiàn)的、直徑為600 μm的聲體波圓盤陀螺儀的SEM圖像[1]。該器件利用一對簡并面內(nèi)“n=3”10MHz體聲波模態(tài)，檢測垂直于圓盤平面的旋轉(zhuǎn)信號（如圖1b所示）。