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陀螺儀自從19世紀(jì)中期被發(fā)明之后，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的演化革新過程，現(xiàn)在已經(jīng)遍布于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。小到手機(jī)、游戲手柄，大到衛(wèi)星、導(dǎo)彈，都能見到它的身影。雖然都是完成同樣的工作，但是它們的血統(tǒng)不同，身價(jià)相差極大。下面我們就一一拆解這個(gè)陀螺家族。

MEMS陀螺儀

MEMS陀螺儀是目前應(yīng)用最廣泛的消費(fèi)級(jí)陀螺儀。它將多軸陀螺儀集成在一片微小的芯片上，達(dá)到了極高的集成度，從而大量應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，例如手機(jī)、游戲機(jī)、無人機(jī)、汽車應(yīng)用等。

MEMS陀螺儀內(nèi)部沒有旋轉(zhuǎn)陀螺，它的測(cè)量原理也與傳統(tǒng)機(jī)械陀螺截然不同。它不依靠陀螺的定軸性進(jìn)行測(cè)量，而是依靠經(jīng)典力學(xué)中的科里奧利力。

單軸MEMS陀螺儀

在單軸MEMS陀螺儀中，使用壓電效應(yīng)制作出一個(gè)在平面中往復(fù)振動(dòng)的機(jī)構(gòu)。當(dāng)傳感器發(fā)生敏感方向上的旋轉(zhuǎn)時(shí)，該往復(fù)振動(dòng)就變成了旋轉(zhuǎn)體系中的徑向運(yùn)動(dòng)，從而受到一個(gè)將振動(dòng)體拉離振動(dòng)平面的科里奧利力，振動(dòng)體隨之發(fā)生形變。傳感器通過檢測(cè)振動(dòng)體與底面間的微小電容變化，來對(duì)旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行計(jì)算測(cè)量。 

三軸MEMS陀螺儀

三軸MEMS陀螺儀的原理與單軸MEMS陀螺儀相同。在x，y方向上制作了往復(fù)振動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通過檢測(cè)振動(dòng)機(jī)構(gòu)與底面間的微小電容變化，對(duì)這兩個(gè)軸上的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于繞z軸的旋轉(zhuǎn)，則會(huì)在振動(dòng)機(jī)構(gòu)上產(chǎn)生側(cè)向的科里奧利力，使振動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向偏移，在兩側(cè)的梳裝結(jié)構(gòu)中（綠色區(qū)域）可以檢測(cè)到微小的電容變化。這樣就可以分別測(cè)量x,y,z三軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。

空間上的任意旋轉(zhuǎn)又都可以按照矢量分解到x,y,z這三個(gè)正交軸上，于是三軸MEMS陀螺儀便可對(duì)空間上的任意旋轉(zhuǎn)進(jìn)行測(cè)量。

MEMS陀螺儀體積小，成本低，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域。但它的缺點(diǎn)是測(cè)量精度低，零飄大，容易受到溫度、震動(dòng)的影響。在精度要求較高的應(yīng)用中，則多使用光纖陀螺儀。

光纖陀螺儀

光纖陀螺儀是目前使用較為廣泛的高精度陀螺儀，大量應(yīng)用于航空、航天、軍事、機(jī)器人等對(duì)精度要求較高的領(lǐng)域。光纖陀螺內(nèi)部既沒有旋轉(zhuǎn)部件，也沒有振動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的原理又與前兩種陀螺儀截然不同。光纖陀螺儀是利用薩格納克效應(yīng)和激光的干涉原理來測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度。

光纖陀螺儀中盤繞著長(zhǎng)距離的光纖形成環(huán)狀光路。從同一激光源發(fā)出的激光被分為兩路，分別從光纖的兩端進(jìn)入，延相反的方向傳播。

在汽車應(yīng)用中，MEMS陀螺以其緊湊的體積和低廉的價(jià)格用于車身穩(wěn)定控制等輔助駕駛功能。光纖陀螺則靠精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果用于自動(dòng)駕駛中，為各種自動(dòng)駕駛應(yīng)用提供定位基準(zhǔn)。

標(biāo)簽： 光纖陀螺儀