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MEMS陀螺儀并不是最早應(yīng)用在消費(fèi)電子上的運(yùn)動(dòng)傳感器，加速度傳感器、電子羅盤早先一步進(jìn)入了消費(fèi)電子市場(chǎng)。雖然以重力為參照的加速度傳感器和以地磁為參照的電子羅盤可以在地球表面形成垂直和水平面的三維空間覆蓋，但因?yàn)槎呔缘厍蚨⒎俏矬w本身為參照物，因此不能很好地模擬物體的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程。

此外，由于加速度傳感器容易受到線性運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力的干擾、電子羅盤容易受到諸如金屬及手機(jī)等其他磁場(chǎng)的干擾，其應(yīng)用受到了很大的局限。陀螺儀這個(gè)測(cè)量角速度的傳感器不僅以物體本身作為參照物，而且具有很高的精度，因此可以對(duì)其他運(yùn)動(dòng)傳感器做有益的補(bǔ)充，從而使得運(yùn)動(dòng)檢測(cè)更加完備。

陀螺儀可以對(duì)加速度傳感器和電子羅盤進(jìn)行有益的補(bǔ)充。當(dāng)三軸陀螺儀加上三軸加速度傳感器形成六軸的運(yùn)動(dòng)傳感器之后，基本上可以檢測(cè)到所有形式的運(yùn)動(dòng)，包括速度、方向、位移等參數(shù)。

物體的運(yùn)動(dòng)無(wú)外乎六種，X、Y、Z三個(gè)方向的位移和X、Y、Z三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。這六種運(yùn)動(dòng)方式組成了物體完整的運(yùn)動(dòng)軌跡。如果在六軸運(yùn)動(dòng)傳感器上加上電子羅盤，則在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)軌跡的同時(shí)還可以修正絕對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)完美的物體運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。因此，未來(lái)陀螺儀的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用，是和加速度傳感器及電子羅盤緊密聯(lián)系的。

加速度傳感器相當(dāng)于一個(gè)重錘在中間的彈簧系統(tǒng)，四面八方有彈簧撐著它。平放在桌面時(shí)，有的彈簧被拉長(zhǎng)，有的被壓扁。變化時(shí)，不同的彈簧受到不同的壓縮，從而偵測(cè)出不同方向的力。它的典型應(yīng)用包括手機(jī)/相機(jī)畫面水平和垂直的切換。

電子羅盤主要偵測(cè)地磁。常見的電子羅盤主要基于霍爾效應(yīng)。但是地磁環(huán)境不完美，比如地磁的南極在地球不同的表面不一定指的同一個(gè)北方；而在地球不同緯度，地磁的方向和水平方向的夾角也不同。因此電子羅盤只能指一個(gè)大致的方向，然后進(jìn)行修正。此外，電子羅盤還容易受到如金屬、揚(yáng)聲器、天線等磁場(chǎng)的干擾。尤其是應(yīng)用在手機(jī)上時(shí)，需要特別小心地在PCB上選一個(gè)合適的位置。

陀螺儀偵測(cè)的是角速度?；诳评飱W利力的原理：當(dāng)一個(gè)物體在坐標(biāo)系中直線移動(dòng)時(shí)，假設(shè)坐標(biāo)系做一個(gè)旋轉(zhuǎn)，那么在旋轉(zhuǎn)的過程中，物體會(huì)感受到一個(gè)垂直的力和垂直方向的加速度。

臺(tái)風(fēng)的形成就是基于這個(gè)原理。地球轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大氣轉(zhuǎn)動(dòng)，如果大氣轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到一個(gè)切向力，便容易形成臺(tái)風(fēng)。而北半球和南半球臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是不一樣的。用一個(gè)形象的比喻解釋了科里奧利力的原理。

而要在MEMS器件中實(shí)現(xiàn)該原理做成陀螺儀，則復(fù)雜許多。先用MEMS做一個(gè)震動(dòng)系統(tǒng)，通過快速穩(wěn)定的震動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)線性的運(yùn)動(dòng)V，當(dāng)V的平面有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的拓?fù)涑鰜?lái)的時(shí)候，就可以檢測(cè)出科里奧利力的方向，根據(jù)公式可以算出角速度。用不同方向的震動(dòng)來(lái)偵測(cè)出X、Y、Z軸的角速度，并可通過穩(wěn)定的震蕩去掉重力的干擾。

MEMS陀螺儀工作原理模擬圖示

加速度傳感器和電子羅盤以地球?yàn)閰⒄瘴镞M(jìn)行方向的偵測(cè)。加速度傳感器偵測(cè)物體和重力角度的差異，電子羅盤偵測(cè)物體和北方角度的差異，如果偵測(cè)到地心和北方，就能定三軸。但是加速度傳感器不光偵測(cè)重力，所有各個(gè)方向的力都會(huì)被偵測(cè)到；而電子羅盤偵測(cè)的磁場(chǎng)會(huì)被其他磁場(chǎng)所干擾。

因此二者在檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，有很多不足的地方。陀螺儀的參照物是自己本身，因此可以偵測(cè)出物體轉(zhuǎn)換位置的過程。如果物體平放不動(dòng)的時(shí)候，則只要使用加速度傳感器或電子羅盤就夠了。通過上述原理，我們可以把幾種傳感器配合使用，比如相互做精度校正，或一起完備地偵測(cè)出物體的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡等。

常見傳感器使用概況與分析

標(biāo)簽： 陀螺儀的工作原理