陀螺儀是什么？

陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動(dòng)控制系統中的一個(gè)敏感元件，即可作為信號傳感器。根據需要，陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號，以便駕駛員或用自動(dòng)導航儀來(lái)控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線(xiàn)飛行，而在導彈、衛星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩定器，陀螺儀器能使列車(chē)在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機或衛星上的照相機相對地面穩定等等。作為精密測試儀器，陀螺儀器能夠為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發(fā)射井等提供準確的方位基準。由此可見(jiàn)，陀螺儀器的應用范圍是相當廣泛的，它在現代化的國防建設和國民經(jīng)濟建設中均占重要的地位。此處我們重點(diǎn)介紹在電子領(lǐng)域中現在比較流行的MEMS陀螺儀。

廣泛使用的MEMS陀螺（微機械）可應用于航空、航天、航海、兵器、汽車(chē)、生物醫學(xué)、環(huán)境監控等領(lǐng)域。并且MEMS陀螺相比傳統的陀螺有明顯的優(yōu)勢：1、體積小、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場(chǎng)合，例如彈載測量等；2、低成本；3、高可靠性、內部無(wú)轉動(dòng)部件，全固態(tài)裝置，抗大過(guò)載沖擊，工作壽命長(cháng)；4、低功耗；5、大量程，適于高轉速大g值的場(chǎng)合；6、易于數字化、智能化，可數字輸出，溫度補償，零位校正等。

• MEMS陀螺儀的原理與應用優(yōu)勢分析

以ST陀螺儀為例，陀螺儀的核心元件是一個(gè)微加工機械單元，按照一個(gè)音叉機制運轉，利用Coriolis原理把角速率轉換成一個(gè)特定感應結構的位移。

我們以一個(gè)單軸偏航陀螺儀為例，探討最簡(jiǎn)單的工作原理（詳見(jiàn)文章圖1）。兩個(gè)正在運動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續運動(dòng)，如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個(gè)角速率，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與質(zhì)點(diǎn)運動(dòng)方向垂直的科里奧利力，如圖中黃色箭頭所示。產(chǎn)生的科里奧利力使感應質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應部分的運動(dòng)電極（轉子）位于固定電極（定子）的側邊，上面的位移將會(huì )在定子和轉子之間引起電容變化，因此，在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉化成一個(gè)專(zhuān)用電路可以檢測的電參數。

• 陀螺儀的作用

這陀螺儀和重力傳感器有什么區別呢?區別很多，但最大的區別就是重力傳感對于空間上的位移感受維較少，能做到6個(gè)方向的感應就已經(jīng)很不錯了，而陀螺儀則是全方位的。這很重要，毫不夸張的說(shuō)，這兩者不是一個(gè)級別上的產(chǎn)品。 可能看到這里，大家還是會(huì )覺(jué)得有些迷惑，既然陀螺儀很厲害，那么它在手機上到底有什么用呢?我們不妨來(lái)看看。

第一大用途，導航。陀螺儀自被發(fā)明開(kāi)始，就用于導航，先是德國人將其應用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機的導航能力將達到前所未有的水準。實(shí)際上，目前很多專(zhuān)業(yè)手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機上安裝了相應的軟件，其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。

第二大用途，可以和手機上的攝像頭配合使用，比如防抖，這會(huì )讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。

第三大用途，各類(lèi)游戲的傳感器，比如飛行游戲，體育類(lèi)游戲，甚至包括一些第一視角類(lèi)射擊游戲，陀螺儀完整監測游戲者手的位移，從而實(shí)現各種游戲操作效果。有關(guān)這點(diǎn)，想必用過(guò)任天堂WII的兄弟會(huì )有很深的感受。

第四大用途，可以用作輸入設備，陀螺儀相當于一個(gè)立體的鼠標，這個(gè)功能和第三大用途中的游戲傳感器很類(lèi)似，甚至可以認為是一種類(lèi)型。

第五大用途，也是未來(lái)最有前景和應用范圍的用途。下面重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)。那就是可以幫助手機實(shí)現很多增強現實(shí)的功能。增強現實(shí)是近期才冒出的概念，和虛擬現實(shí)一樣，是計算機的一種應用。大意是可以通過(guò)手機或者電腦的處理能力，讓人們對現實(shí)中的一些物體有跟深入的了解。

• 意法半導體(ST)推出全球首款雙核陀螺儀
• ST推出全新"陀螺儀"角速度傳感器
• 意法半導體推出世界首款3軸汽車(chē)陀螺儀
• 深迪發(fā)布中國首款消費級商用三軸MEMS陀螺儀
• ST推出全球最小3軸陀螺儀使占板空間縮減40%
• ADI公司MEMS陀螺儀提供至關(guān)重要的慣性和位置信息
• ST推出新款MEMS單軸航向陀螺儀LISY300AL

• 慣性MEMS傾角測量誤差補償設計
• 現代光纖陀螺儀的設計和原理(3)
• 手機中的傳感器:重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤(pán)和光線(xiàn)距離感應器
• MEMS陀螺儀將大顯神威
• 數碼相機的防手抖技術(shù)及其設計
• 基于FPGA的數字閉環(huán)光纖陀螺儀模擬表頭設計
• 解開(kāi)iPhone4三軸陀螺儀芯片之謎
• 簡(jiǎn)單易懂的文字 帶你認識iPhone 4陀螺儀
• 基于DSP的MEMS陀螺儀信號處理平臺設計
• 基于Fuzzy-PID的陀螺儀溫度控制系統設計

• MEMS陀螺儀的簡(jiǎn)單校準
• iMEMS_加速度計和陀螺儀的相位與頻率響應
• 一種數字式靜電陀螺儀測角系統
• 用數字控制化MEMS陀螺儀的性能
• 陀螺儀機械性能：最重要的參數
• 校準iMEMS_陀螺儀
• 組合導航定位技術(shù)在機車(chē)安全監控系統中的應用研究
• 慣性MEMS傾角測量誤差補償設計
• MEMS傳感器整合解決方案

• 微機械慣性傳感器檢測平臺的設計與應用

陀螺系統由敏感元件、驅動(dòng)電路、檢測電路和力反饋電路等組成。在梳狀靜電驅動(dòng)器的差動(dòng)電路上分別施加帶有直流偏置但相位相反的交流電壓，由于交變的靜電驅動(dòng)力矩的作用，質(zhì)量片在平行于襯底的平面內產(chǎn)生繞驅動(dòng)軸Z軸的簡(jiǎn)諧角振動(dòng)。當在振動(dòng)平面內沿垂直于檢測軸的方向(X方向)有空間角速度Ω輸入時(shí)，在哥氏力的作用下，檢測質(zhì)量片便繞檢測軸(Y軸)上下振動(dòng)。這種振動(dòng)幅度非常小，可以由位于質(zhì)量片下方、淀積在襯底上的電容極板檢測，并通過(guò)電荷放大器、相敏檢波電路和解調電路進(jìn)行處理，得到與空間角速度成正比的電壓信號。