任天堂的Wii最初采用了三軸(X、Y
、Z)加速度傳感器，後來又增加了陀螺儀。“任天堂早就知道光有三軸加速度傳感器是不夠的。隻是當時市麵上還沒有消費電子級別的陀螺儀可以使用
，直到Invensense推出了第一款用於消費電子的MEMS陀螺儀。”Invensense移動產品事業部係統工程總監林尚宏表示。這一情況也發生在了蘋果CEO喬布斯的身上。在2010年6月iPhone 4的發布會上，喬布斯親自演示了陀螺儀帶來的偵測出物體水平方向旋轉的創新應用—這zhe一yi應ying用yong是shi單dan獨du基ji於yu其qi他ta運yun動dong傳chuan感gan器qi無wu法fa實shi現xian的de。因yin此ci
，通tong過guo了le解jie陀tuo螺luo儀yi的de工gong作zuo原yuan理li，我wo們men可ke以yi切qie身shen體ti會hui到dao任ren天tian堂tang和he蘋ping果guo對dui陀tuo螺luo儀yi曾zeng經jing的de企qi盼pan，而er且qie也ye可ke以yi幫bang助zhu國guo內nei的de消xiao費fei電dian子zi終zhong端duan廠chang商shang巧qiao妙miao地di應ying用yong該gai器qi件jian以yi實shi現xian多duo樣yang化hua的de創chuang新xin應ying用yong。

 

陀(tuo)螺(luo)儀(yi)可(ke)以(yi)對(dui)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)進(jin)行(xing)有(you)益(yi)的(de)補(bu)充(chong)。當(dang)三(san)軸(zhou)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)加(jia)上(shang)三(san)軸(zhou)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)形(xing)成(cheng)六(liu)軸(zhou)的(de)運(yun)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)後(hou)，基(ji)本(ben)上(shang)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)到(dao)所(suo)有(you)形(xing)式(shi)的(de)運(yun)動(dong)


，包(bao)括(kuo)速(su)度(du)、方向
、位移等參數。“物體的運動無外乎六種
，X、Y、Z三個方向的位移和X、Y
、Z三個方向的轉動。這六種運動方式組成了物體完整的運動軌跡。”Invensense移yi動dong產chan品pin事shi業ye部bu副fu總zong裁cai薑jiang正zheng耀yao表biao示shi。如ru果guo在zai六liu軸zhou運yun動dong傳chuan感gan器qi上shang加jia上shang電dian子zi羅luo盤pan，則ze在zai檢jian測ce運yun動dong軌gui跡ji的de同tong時shi還hai可ke以yi修xiu正zheng絕jue對dui位wei置zhi，實shi現xian完wan美mei的de物wu體ti運yun動dong軌gui跡ji跟gen蹤zong。因yin此ci，未wei來lai陀tuo螺luo儀yi的de進jin一yi步bu發fa展zhan應ying用yong，是shi和he加jia速su度du傳chuan感gan器qi及ji電dian子zi羅luo盤pan緊jin密mi聯lian係xi的de。

 

加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)相(xiang)當(dang)於(yu)一(yi)個(ge)重(zhong)錘(chui)在(zai)中(zhong)間(jian)的(de)彈(dan)簧(huang)係(xi)統(tong)，四(si)麵(mian)八(ba)方(fang)有(you)彈(dan)簧(huang)撐(cheng)著(zhe)它(ta)。平(ping)放(fang)在(zai)桌(zhuo)麵(mian)時(shi)
，有(you)的(de)彈(dan)簧(huang)被(bei)拉(la)長(chang)，有(you)的(de)被(bei)壓(ya)扁(bian)。變(bian)化(hua)時(shi)，不(bu)同(tong)的(de)彈(dan)簧(huang)受(shou)到(dao)不(bu)同(tong)的(de)壓(ya)縮(suo)
，從(cong)而(er)偵(zhen)測(ce)出(chu)不(bu)同(tong)方(fang)向(xiang)的(de)力(li)。它(ta)的(de)典(dian)型(xing)應(ying)用(yong)包(bao)括(kuo)手(shou)機(ji)/相機畫麵水平和垂直的切換。

 

dianziluopanzhuyaozhencedici。changjiandedianziluopanzhuyaojiyuhuoerxiaoying。danshidicihuanjingbuwanmei，birudicidenanjizaidiqiubutongdebiaomianbuyidingzhidetongyigebeifang；erzaidiqiubutongweidu
，dicidefangxiangheshuipingfangxiangdejiajiaoyebutong。yincidianziluopanzhinengzhiyigedazhidefangxiang
，ranhoujinxingxiuzheng。ciwai
，dianziluopanhairongyishoudaorujinshu、揚聲器
、天線等磁場的幹擾。尤其是應用在手機上時，需要特別小心地在PCB上選一個合適的位置。

 

陀螺儀偵測的是角速度。基於科裏奧利力的原理：當一個物體在坐標係中直線移動時，假設坐標係做一個旋轉
，那麼在旋轉的過程中
，物體會感受到一個垂直的力和垂直方向的加速度。“台(tai)風(feng)的(de)形(xing)成(cheng)就(jiu)是(shi)基(ji)於(yu)這(zhe)個(ge)原(yuan)理(li)。地(di)球(qiu)轉(zhuan)動(dong)帶(dai)動(dong)大(da)氣(qi)轉(zhuan)動(dong)，如(ru)果(guo)大(da)氣(qi)轉(zhuan)動(dong)時(shi)受(shou)到(dao)一(yi)個(ge)切(qie)向(xiang)力(li)
，便(bian)容(rong)易(yi)形(xing)成(cheng)台(tai)風(feng)。而(er)北(bei)半(ban)球(qiu)和(he)南(nan)半(ban)球(qiu)台(tai)風(feng)轉(zhuan)動(dong)的(de)方(fang)向(xiang)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)。”林尚宏用一個形象的比喻解釋了科裏奧利力的原理。而要在MEMS器件中實現該原理做成陀螺儀，則複雜許多。“先用MEMS做一個震動係統，通過快速穩定的震動產生一個線性的運動V，當V的平麵有一個旋轉的拓撲出來的時候，就可以檢測出科裏奧利力的方向，根據公式可以算出角速度。用不同方向的震動來偵測出X、Y、Z軸的角速度
，並可通過穩定的震蕩去掉重力的幹擾。”林尚宏解釋道。

 

圖1：MEMS陀螺儀工作原理模擬圖示

 

MEMS陀螺儀工作原理：“加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)以(yi)地(di)球(qiu)為(wei)參(can)照(zhao)物(wu)進(jin)行(xing)方(fang)向(xiang)的(de)偵(zhen)測(ce)。加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)偵(zhen)測(ce)物(wu)體(ti)和(he)重(zhong)力(li)角(jiao)度(du)的(de)差(cha)異(yi)，電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)偵(zhen)測(ce)物(wu)體(ti)和(he)北(bei)方(fang)角(jiao)度(du)的(de)差(cha)異(yi)，如(ru)果(guo)偵(zhen)測(ce)到(dao)地(di)心(xin)和(he)北(bei)方(fang)，就(jiu)能(neng)定(ding)三(san)軸(zhou)。但(dan)是(shi)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)不(bu)光(guang)偵(zhen)測(ce)重(zhong)力(li)，所(suo)有(you)各(ge)個(ge)方(fang)向(xiang)的(de)力(li)都(dou)會(hui)被(bei)偵(zhen)測(ce)到(dao)

；而(er)電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)偵(zhen)測(ce)的(de)磁(ci)場(chang)會(hui)被(bei)其(qi)他(ta)磁(ci)場(chang)所(suo)幹(gan)擾(rao)。因(yin)此(ci)二(er)者(zhe)在(zai)檢(jian)測(ce)物(wu)體(ti)運(yun)動(dong)時(shi)，有(you)很(hen)多(duo)不(bu)足(zu)的(de)地(di)方(fang)。陀(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)參(can)照(zhao)物(wu)是(shi)自(zi)己(ji)本(ben)身(shen)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)偵(zhen)測(ce)出(chu)物(wu)體(ti)轉(zhuan)換(huan)位(wei)置(zhi)的(de)過(guo)程(cheng)。如(ru)果(guo)物(wu)體(ti)平(ping)放(fang)不(bu)動(dong)的(de)時(shi)候(hou)
，則(ze)隻(zhi)要(yao)使(shi)用(yong)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)或(huo)電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)就(jiu)夠(gou)了(le)。通(tong)過(guo)上(shang)述(shu)原(yuan)理(li)

，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)把(ba)幾(ji)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)配(pei)合(he)使(shi)用(yong)，比(bi)如(ru)相(xiang)互(hu)做(zuo)精(jing)度(du)校(xiao)正(zheng)，或(huo)一(yi)起(qi)完(wan)備(bei)地(di)偵(zhen)測(ce)出(chu)物(wu)體(ti)的(de)運(yun)動(dong)方(fang)向(xiang)和(he)軌(gui)跡(ji)等(deng)。”林尚宏表示。

 

表一：常見傳感器使用概況與分析

 

陀螺儀開啟消費電子創新應用

 

陀螺儀的出現
，給了消費電子很大的應用發揮空間。比如就設備輸入的方式來說，在鍵盤、鼠標、觸摸屏之後
，陀螺儀又給我們帶來了手勢輸入，由於它的高精度，甚至還可以實現電子簽名；還比如讓智能手機變得更智慧：除了移動上網、快速處理數據外，還能“察言觀色”，知道主人在哪裏，興趣是什麼

，並提供相應的服務。下麵賢集網小編具體介紹下陀螺儀在遊戲、人機界麵領域、GPS和電子羅盤中的作用

 

1.遊戲

 

可通過陀螺儀實現高速遊戲，如高爾夫、羽毛球和鬥劍等。這些遊戲要偵測到很快速的揮動，這對目前的加速度傳感器來說
，是很大__的挑戰。“泰格•伍茲揮杆時，杆頭在0.2s內達到180km/s的速度，這相當於瞬間的加速度達到11個ge重zhong力li加jia速su度du。現xian在zai麵mian向xiang消xiao費fei電dian子zi類lei的de加jia速su度du傳chuan感gan器qi測ce量liang範fan圍wei達da不bu到dao這zhe麼me大da。如ru果guo利li用yong陀tuo螺luo儀yi則ze可ke以yi精jing確que地di偵zhen測ce到dao這zhe個ge快kuai速su揮hui動dong
，揮hui杆gan時shi杆gan頭tou角jiao速su度du約yue為wei1,800°/s，相當於1s揮5~6圈
，這在陀螺儀角速度偵測範圍內
，因此可以很好地模擬出這個遊戲的真實場景。”林尚宏表示。

 

另ling一yi種zhong如ru射she擊ji類lei遊you戲xi要yao求qiu設she備bei保bao持chi不bu動dong，然ran後hou做zuo很hen細xi微wei的de調tiao整zheng後hou進jin行xing射she擊ji。這zhe種zhong遊you戲xi要yao求qiu高gao精jing度du和he低di幹gan擾rao
，現xian有you的de加jia速su度du傳chuan感gan器qi不bu能neng達da到dao該gai要yao求qiu。林lin尚shang宏hong舉ju例li說shuo，“我們假設射擊遊戲的誤差角度為±5°，換算給加速度傳感器後
，cos5°相當於3~4‰的重力加速度，現有的加速度傳感器精度達不到這個量級
，沒法瞄準射擊。陀螺儀可以偵測到很細微的手的抖動，幹擾也很低，拿著10s不動時偏移才0.05°左右，很適合用於這種瞄準的遊戲。”

 

2.人機界麵

 

在人機界麵領域，陀螺儀也可以進行很好的創新。早在兩三年前，羅技就在其鼠標上添加陀螺儀和加速度傳感器實現指示器(激光筆)的功能。現在，通過陀螺儀，可以在消費電子產品上實現手勢的輸入，比如在空中寫字
，或者通過晃動、zhendangdengfangshishixianshoushiduishebeigongnengdekongzhi。tuoluoyiduijiaosududezhenzhahenjingzhun，shenzhihaikeyishixianshibieqianmingdengshengwutezheng，yincikeyiyongshoushiqianxinyongka、支票，實現E Cash的應用。“手shou勢shi控kong製zhi的de另ling一yi個ge好hao處chu是shi可ke以yi為wei消xiao費fei電dian子zi省sheng電dian。當dang你ni依yi靠kao手shou勢shi進jin行xing某mou些xie功gong能neng的de控kong製zhi時shi，不bu需xu要yao開kai啟qi屏ping幕mu背bei光guang。例li如ru打da電dian話hua給gei爸ba爸ba
，握wo著zhe手shou機ji在zai空kong中zhong寫xie一yi個ge‘D’，手機就自動撥號給爸爸，而不需點亮屏幕進行撥號，這種方式可以大大節省屏幕背光的耗電量。”林尚宏補充道。

 

3.定位功能

 

利用陀螺儀可以對GPS和電子羅盤進行補充。例如在隧道或停車場等地，GPS會丟失信號，這時陀螺儀可以根據車子運動的方向和速度
，輔助盲區導航；在立交橋等立體道路上，GPS無(wu)法(fa)識(shi)別(bie)汽(qi)車(che)在(zai)哪(na)一(yi)層(ceng)，陀(tuo)螺(luo)儀(yi)則(ze)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)偵(zhen)測(ce)到(dao)汽(qi)車(che)上(shang)坡(po)的(de)動(dong)作(zuo)，根(gen)據(ju)速(su)度(du)推(tui)算(suan)汽(qi)車(che)到(dao)了(le)第(di)幾(ji)層(ceng)。盲(mang)區(qu)導(dao)航(hang)功(gong)能(neng)如(ru)果(guo)用(yong)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)
，需(xu)要(yao)先(xian)去(qu)除(chu)重(zhong)力(li)加(jia)速(su)度(du)
，測(ce)得(de)線(xian)性(xing)加(jia)速(su)度(du)

，再(zai)根(gen)據(ju)車(che)速(su)推(tui)算(suan)車(che)的(de)行(xing)徑(jing)軌(gui)跡(ji)，運(yun)算(suan)起(qi)來(lai)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)；而如果用電子羅盤來實現盲區導航時


，則容易出現漂移
，需要對導航儀畫“8”字(zi)形(xing)進(jin)行(xing)校(xiao)正(zheng)，從(cong)而(er)識(shi)別(bie)和(he)去(qu)掉(diao)雜(za)磁(ci)。這(zhe)個(ge)校(xiao)正(zheng)的(de)動(dong)作(zuo)對(dui)司(si)機(ji)來(lai)說(shuo)很(hen)不(bu)方(fang)便(bian)
，但(dan)如(ru)果(guo)配(pei)合(he)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)使(shi)用(yong)
，則(ze)可(ke)以(yi)在(zai)很(hen)小(xiao)的(de)位(wei)移(yi)範(fan)圍(wei)內(nei)快(kuai)速(su)實(shi)現(xian)電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)的(de)校(xiao)正(zheng)。

 

chuleqichedaohangwai，haikeyitongguotuoluoyishixianxingrenmangqudaohang。buguolinshanghongzhichu

，xingrendemangqudaohangbichezidemangqudaohanggengnan，yinweichezideyunxingxiangduijiandan
，erxingrenjiangshebeifangzaibutongweizhishicededeshujuxiangchahenda，lirufangyaobuhefangtuibujiancedaodexinhaotiaodongbuyiyang，xuyaochuanganqilvbo。shixianxingrendemangqudaohangshiyixianghaodadegongcheng，muqianhaizhengzaitantaoguochengzhong。

 

4.影像防手震

 

目前有兩種實現方式，一是EIS(電子防手震)，另一種是OIS(光學防手震)。陀螺儀目前已經被廣泛使用在了EIS上shang，通tong過guo兩liang軸zhou陀tuo螺luo儀yi檢jian測ce到dao手shou震zhen動dong，快kuai速su實shi現xian幾ji次ci重zhong複fu拍pai照zhao，然ran後hou把ba手shou震zhen動dong前qian後hou拍pai下xia的de照zhao片pian中zhong影ying像xiang重zhong複fu的de地di方fang切qie下xia來lai。如ru果guo配pei合he電dian子zi羅luo盤pan使shi用yong，還hai可ke以yi做zuo到dao絕jue對dui位wei置zhi的de修xiu正zheng。“用陀螺儀實現防手震有很多好處，比如精確，使得圖片疊加的質量更好
；陀螺儀檢測到的是攝像頭本身的震動，可以與物體的震動區分開來，避免誤操作；同時還可以與其他傳感器做配合等。”林尚宏指出。薑正耀則表示
，影像防抖動的功能即將被應用到手機中去。“陀螺儀應用在遊戲機中時，隻需要6%的精度就夠用，而手機需要的精度高很多。Invensense現在有1%精度的產品供手機使用，在2011年上半年
，就將有實現了影像防抖動技術的手機麵市。”他介紹道。當手機借助陀螺儀實現了EIS之zhi後hou，對dui可ke視shi電dian話hua功gong能neng有you很hen大da的de幫bang助zhu。因yin為wei影ying像xiang抖dou動dong時shi，數shu據ju量liang很hen大da
，陀tuo螺luo儀yi對dui影ying像xiang進jin行xing防fang抖dou處chu理li後hou數shu據ju量liang將jiang大da幅fu減jian少shao


，再zai傳chuan輸shu時shi既ji可ke以yi節jie省sheng無wu線xian帶dai寬kuan，又you可ke提ti高gao幀zhen幅fu
，從cong而er優you化hua視shi頻pin的de清qing晰xi度du和he流liu暢chang度du。

 

此外

，陀螺儀還可以實現計步器應用
，以及通過攝像頭將設備的運動和實景相結合等應用。

 

表二：傳感器在消費電子中的應用

 

 

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