【導讀】看過盜夢空間的同志們一定對電影中的跟上圖的小物件很熟悉——陀螺儀，那么它的工作原理是什么呢?在手機等移動設備中是怎么應用的呢?現(xiàn)如今的技術又是怎么樣的呢?本文將帶你深入了解!
前言
看過盜夢空間的同志們一定對電影中的跟上圖的小物件很熟悉——陀螺儀，那么它的工作原理是什么呢?在手機等移動設備中是怎么應用的呢?現(xiàn)如今的技術又是怎么樣的呢?本文將帶你深入了解!
一、陀螺儀的歷史
最早的陀螺儀
陀螺儀最早是法國科學家在1850年在研究地球自轉中獲得靈感而發(fā)明的，如上圖所示，將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上，靠陀螺的方向來計算角速度，其簡易圖如下所示。
中間金色的轉子即為陀螺，它因為慣性作用是不會受到影響的，周邊的三個“鋼圈”則會因為設備的改變姿態(tài)而跟著改變，通過這樣來檢測設備當前的狀態(tài)，而這三個“鋼圈”所在的軸，也就是三軸陀螺儀里面的“三軸”，即X軸、y軸、Z軸，三個軸圍成的立體空間聯(lián)合檢測手機的各種動作，陀螺儀的最主要的作用在于可以測量角速度。
陀螺儀發(fā)明之后，首先應用在飛機上，后來有被德國用在導彈中，德國人設計出慣性指導系統(tǒng)，慣性制導系統(tǒng)可以采用陀螺儀確定方向和角速度，用加速度計測試加速度，就可以計算出導彈的路線，從而進行飛行姿態(tài)的控制。
傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構等要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。隨著技術的逐漸發(fā)展，漸漸的發(fā)展處了光纖、激光陀螺儀等等各種較為先進的陀螺儀，目前手機中使用的為MEMS原理的陀螺儀，即硅微機電陀螺儀。(MEMS：是指集中機械元素、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。
二、MEMS陀螺儀的工作原理
MEMS陀螺儀采用的是依賴于相互正交的震動和轉動引起的交變科里奧利力。
MEMS陀螺儀利用coriolis，將旋轉物體的角速度轉換成與角速度成正比直流電壓信號，其核心部件通過摻雜技術、光刻技術、腐蝕技術、LIGA技術、封裝技術等批量生產的。
陀螺儀的內部原理是這樣的：對固定指施加電壓，并交替改變電壓，讓一個質量塊做振蕩式來回運動，當旋轉時，會產生科里奧利加速度，此時就可以對其進行測量;這有點類似于加速度計，解碼方法大致相同，都會用到放大器。
角速率由科氏加速度測量結果決定
科氏加速度 = 2 × (w × 質量塊速度)
w是施加的角速率(w = 2 πf)
通過14 kHz共振結構施加的速度(周期性運動)快速耦合到加速度計框架
科氏加速度與諧振器具有相同的頻率和相位，因此可以抵消低速外部振動
該機械系統(tǒng)的結構與加速度計相似(微加工多晶硅)
信號調理(電壓轉換偏移)采用與加速度計類似的技術
施加變化的電壓來回移動器件，此時器件只有水平運動沒有垂直運動。如果施加旋轉，可以看到器件會上下移動，外部指將感知該運動，從而就能拾取到與旋轉相關的信號。
上面的動畫，只是抽象展示了陀螺儀的工作原理，而真實的陀螺儀內部構造是下面這個樣子，別不小心誤會了哦~
三、陀螺儀的應用
“陀螺儀”是加速度傳感器的升級版，加速度傳感器能檢測和感應某一軸向的線性動作，而陀螺儀能檢測和感應3D空間的線性和動作，從而能夠辨認方向、確認姿態(tài)、計算角速度。
自喬布斯發(fā)布第一款帶陀螺儀的手機時，讓手機玩極品飛車類的游戲就成為了可能。
首先就是能夠對駕駛類游戲做出更真實的模擬。通過陀螺儀，能夠對手機的偏轉角度、速度、時間等進行測量，從而實現(xiàn)對游戲視野的變化和車輛方向速度的改變，讓游戲的體驗有了質的提升!
其次是能夠幫助攝像頭進行防抖(OIS)，通俗來說就是當你按下快門的那一刻，陀螺儀檢測手機抖動的角度，然后根據(jù)角度來算出鏡頭模組需要補償?shù)木嚯x，讓鏡頭通過反向運動來抵消手機的抖動，從而實現(xiàn)鏡頭在拍攝的那一刻的絕對靜止，提高成片率。
再次就是輔助GPS導航，在某些gps信號弱或者無信號的地方，比如隧道等，手機就可以根據(jù)之前定位的地點和陀螺儀檢測的運動速度和時間和方向，推算出當前的位置，來達到暫時定位的目的。
在手機的具體應用中，通常會采用A+G方案，即將加速度傳感器和陀螺儀做在一起，從而節(jié)省一路I2C。
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