陀螺儀傳感器工作原理

陀螺儀傳感器工作原理

看過(guò)《盜夢(mèng)空間》的同志們對(duì)電影中的小陀螺應(yīng)該很熟悉。那么陀螺儀傳感器工作原理是什么呢？如何應(yīng)用于手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備？今天的技術(shù)怎么樣？這篇文章會(huì)更深入地了解你！

陀螺儀傳感器工作原理

一、陀螺儀傳感器的歷史

第一個(gè)陀螺儀

陀螺是法國(guó)科學(xué)家在1850年地球自轉(zhuǎn)研究中靈感發(fā)明的，將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放在萬(wàn)向底座上，按照陀螺的方向計(jì)算角速度。

中間的金色轉(zhuǎn)子是陀螺。由于慣性作用不受影響，周圍的三個(gè)“鋼圈”會(huì)因設(shè)備姿勢(shì)的變化而改變，以檢測(cè)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。有這三個(gè)“鋼圈”的軸，即三軸陀螺的“三軸”，即X軸、Y軸

陀螺儀發(fā)明后首先應(yīng)用于飛機(jī)。后來(lái)，德國(guó)被用于導(dǎo)彈，德國(guó)人們?cè)O(shè)計(jì)了慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。慣性制導(dǎo)系統(tǒng)利用陀螺確定方向和角速度，用加速度計(jì)測(cè)試加速度，就可以計(jì)算導(dǎo)彈的路線，控制飛行姿態(tài)。

傳統(tǒng)慣性陀螺主要是機(jī)械陀螺，機(jī)械陀螺對(duì)工藝結(jié)構(gòu)等要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度在很多方面受到制約。隨著技術(shù)的發(fā)展，光纖、激光陀螺等多種陀螺的發(fā)展，現(xiàn)在手機(jī)上使用MEMS原理的陀螺，即硅微機(jī)電陀螺。

二、陀螺儀傳感器的工作原理

陀螺使用相互垂直的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)所依賴的交變科里奧利力。

陀螺將旋轉(zhuǎn)體的角速度轉(zhuǎn)換成與角速度成正比的直流電壓信號(hào)，其核心部件通過(guò)摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)、腐蝕技術(shù)、LIGA技術(shù)、封裝技術(shù)等大量生產(chǎn)。

陀螺的內(nèi)部原理是對(duì)固定手指施加電壓，交替改變電壓，使質(zhì)量塊振動(dòng)地來(lái)回運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生科里奧利加速度，此時(shí)可以測(cè)量。這與加速度計(jì)相似，解碼方法大體相同，使用放大器。

陀螺儀傳感器的應(yīng)用

陀螺是加速度傳感器的升級(jí)版本，加速度傳感器可以檢測(cè)和檢測(cè)特定軸的線性運(yùn)動(dòng)，陀螺可以檢測(cè)和檢測(cè)三維空間的線性和運(yùn)動(dòng)，識(shí)別方向，確認(rèn)姿勢(shì)，計(jì)算角速度。從喬布斯開(kāi)始發(fā)表第一部帶陀螺的手機(jī)時(shí)，允許手機(jī)玩飛車類的游戲成為可能。

首先是可以對(duì)駕駛類游戲進(jìn)行更現(xiàn)實(shí)的模擬。通過(guò)陀螺儀可以測(cè)量手機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度、速度、時(shí)間等，實(shí)現(xiàn)游戲視野的變化和車輛方向速度的變化，從而定性地提高游戲體驗(yàn)！

第二，它可以幫助避免攝像頭晃動(dòng)(OIS)。一般來(lái)說(shuō)，按快門(mén)的瞬間，陀螺會(huì)檢測(cè)手機(jī)抖動(dòng)的角度，然后根據(jù)角度計(jì)算鏡頭模塊需要校準(zhǔn)的距離。也就是說(shuō)，通過(guò)反向運(yùn)動(dòng)抵消手機(jī)的抖動(dòng)，使鏡頭在拍攝的瞬間停止，從而提高聲律。

再次是輔助GPS導(dǎo)航。在一些GPS信號(hào)弱或沒(méi)有信號(hào)的地方(如隧道等)，可以根據(jù)手機(jī)以前所處的位置和陀螺儀檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和方向來(lái)推算當(dāng)前位置，以達(dá)到臨時(shí)定位的目的。

在手機(jī)的具體應(yīng)用中，一般采用A G方案。也就是說(shuō)，可以同時(shí)制作加速度傳感器和陀螺儀，節(jié)省I2C。