陀螺儀是什么？主要有什么用？

MEMS陀螺儀即硅微機(jī)電陀螺儀，絕大多數(shù)的MEMS陀螺儀依賴于相互正交的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的交變科里奧利力。MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)是指集機(jī)械元素、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)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(jī)電系統(tǒng)。

傳統(tǒng)機(jī)械陀螺儀主要利用角動(dòng)量守恒原理，即：對(duì)旋轉(zhuǎn)的物體，它的轉(zhuǎn)軸指向不會(huì)隨著承載它的支架的旋轉(zhuǎn)而變化。MEMS陀螺儀主要利用科里奧利力(旋轉(zhuǎn)物體在有徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的切向力)原理，公開的微機(jī)械陀螺儀均采用振動(dòng)物體傳感角速度的概念，利用振動(dòng)來(lái)誘導(dǎo)和探測(cè)科里奧利力。

MEMS陀螺儀的核心是一個(gè)微加工機(jī)械單元，在設(shè)計(jì)上按照一個(gè)音叉機(jī)制共振運(yùn)動(dòng)，通過科里奧利力原理把角速率轉(zhuǎn)換成一個(gè)特定感測(cè)結(jié)構(gòu)的位移。以一個(gè)單軸偏移(偏航，YAW)陀螺儀為例，通過圖利探討最簡(jiǎn)單的工作原理。

兩個(gè)相同的質(zhì)量塊以方向相反的做水平震蕩，如水平方向箭頭所示。當(dāng)外部施加一個(gè)角速率，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)科氏力，力的方向垂直于質(zhì)量運(yùn)動(dòng)方向，如垂直方向箭頭所示。產(chǎn)生的科氏力使感測(cè)質(zhì)量發(fā)生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因?yàn)楦袦y(cè)器感測(cè)部分的動(dòng)電極(轉(zhuǎn)子)位于固定電極(定子)的側(cè)邊，上面的位移將會(huì)在定子和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成一個(gè)專用電路可以檢測(cè)的電子參數(shù)---電容量。

陀螺儀的訊號(hào)調(diào)節(jié)電路可以分為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和加速度計(jì)感測(cè)電路兩個(gè)部分。其中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部分是透過靜電引動(dòng)方法，使驅(qū)動(dòng)電路前后振動(dòng)，為機(jī)械元件提供激勵(lì);而感測(cè)部分透過測(cè)量電容變化來(lái)測(cè)量科氏力在感測(cè)質(zhì)量上產(chǎn)生的位移。

然后在在移動(dòng)設(shè)備或無(wú)人機(jī)等設(shè)備中，可以利用調(diào)用系統(tǒng) API 來(lái)獲取陀螺儀數(shù)據(jù)。有些現(xiàn)代瀏覽器也支持 Web API 獲取陀螺儀數(shù)據(jù)，例如 Chrome 和 Safari。測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)通常涉及到記錄它的角度、旋轉(zhuǎn)速度和加速度等信息。這里我們主要關(guān)注角度和旋轉(zhuǎn)速度。

對(duì)于角度的測(cè)量，可通過獲取陀螺儀的 Roll(X軸上的旋轉(zhuǎn))，Pitch(Y軸上的旋轉(zhuǎn))和Yaw(Z軸上的旋轉(zhuǎn)) 的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些值可以代表設(shè)備在三維空間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。

比較準(zhǔn)確的角度值需要消除誤差干擾，可以使用卡爾曼濾波器或四元數(shù)算法等方式處理。對(duì)于旋轉(zhuǎn)速度的測(cè)量，陀螺儀可以提供設(shè)備在三軸方向上的旋轉(zhuǎn)角速度。

手機(jī)陀螺儀常見作用：

車輛導(dǎo)航：陀螺儀自被發(fā)明開始，就用于導(dǎo)航，先是德國(guó)人將其應(yīng)用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機(jī)的導(dǎo)航能力將達(dá)到前所未有的水準(zhǔn)。實(shí)際上，目前很多專業(yè)手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機(jī)上安裝了相應(yīng)的軟件，其導(dǎo)航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機(jī)上用的導(dǎo)航儀。

相機(jī)防抖：陀螺儀可以和手機(jī)上的攝像頭配合使用，比如防抖，這會(huì)讓手機(jī)的拍照攝像能力得到很大的提升。

提升游戲體驗(yàn)：各類手機(jī)游戲的傳感器，比如飛行游戲，體育類游戲，甚至包括一些第一視角類射擊游戲，陀螺儀完整監(jiān)測(cè)游戲者手的位移，從而實(shí)現(xiàn)各種游戲操作效果，如橫屏改豎屏、賽車游戲拐彎等等。

有關(guān)這點(diǎn)，想必用過任天堂WII的兄弟會(huì)有很深的感受，另外時(shí)下流行的吃雞游戲，陀螺儀也發(fā)揮出了比較大的用處，比如打開陀螺儀玩吃雞，可以不用碰屏幕就開槍射擊對(duì)方。

作為輸入設(shè)備：陀螺儀還可以用作輸入設(shè)備，它相當(dāng)于一個(gè)立體的鼠標(biāo)，這個(gè)功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似，甚至可以認(rèn)為是一種類型。

其它用途：陀螺儀未來(lái)還有更多作用可以挖掘，比如幫助手機(jī)實(shí)現(xiàn)很多增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的功能。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是最近幾年才冒出的概念，和虛擬現(xiàn)實(shí)一樣，是計(jì)算機(jī)的一種應(yīng)用。大意是可以通過手機(jī)或者電腦的處理能力，讓人們對(duì)現(xiàn)實(shí)中的一些物體有跟深入的了解。