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    2. 陀螺儀器最早是用于航海導航,但隨著科學技術的發展,它在航空和航天事業中也得到廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表,而更重要的是它可以作為自動控制系統中的一個敏感元件,即可作為信號傳感器。根據需要,陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號,以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行,而在導彈、衛星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中,則直接利用這些信號完成航行體的姿態控制和軌道控制。作為穩定器,陀螺儀器能使列車在單軌上行駛,能減小船舶在風浪中的搖擺,能使安裝在飛機或衛星上的照相機相對地面穩定等等。作為精密測試儀器,陀螺儀器能夠為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發射井等提供準確的方位基準。由此可見,陀螺儀器的應用范圍是相當廣泛的,它在現代化的國防建設和國民經濟建設中均占重要的地位。此處我們重點介紹在電子領域中現在比較流行的MEMS陀螺儀。

      廣泛使用的MEMS陀螺(微機械)可應用于航空、航天、航海、兵器、汽車、生物醫學、環境監控等領域。并且MEMS陀螺相比傳統的陀螺有明顯的優勢:1、體積小、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合,例如彈載測量等;2、低成本;3、高可靠性、內部無轉動部件,全固態裝置,抗大過載沖擊,工作壽命長;4、低功耗;5、大量程,適于高轉速大g值的場合;6、易于數字化、智能化,可數字輸出,溫度補償,零位校正等。

      以ST陀螺儀為例,陀螺儀的核心元件是一個微加工機械單元,按照一個音叉機制運轉,利用Coriolis原理把角速率轉換成一個特定感應結構的位移。

      我們以一個單軸偏航陀螺儀為例,探討最簡單的工作原理(詳見文章圖1)。兩個正在運動的質點向相反方向做連續運動,如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個角速率,就會產生一個與質點運動方向垂直的科里奧利力,如圖中黃色箭頭所示。產生的科里奧利力使感應質點發生位移,位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應部分的運動電極(轉子)位于固定電極(定子)的側邊,上面的位移將會在定子和轉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化成一個專用電路可以檢測的電參數。

      這陀螺儀和重力傳感器有什么區別呢?區別很多,但最大的區別就是重力傳感對于空間上的位移感受維較少,能做到6個方向的感應就已經很不錯了,而陀螺儀則是全方位的。這很重要,毫不夸張的說,這兩者不是一個級別上的產品。 可能看到這里,大家還是會覺得有些迷惑,既然陀螺儀很厲害,那么它在手機上到底有什么用呢?我們不妨來看看。

      第一大用途,導航。陀螺儀自被發明開始,就用于導航,先是德國人將其應用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手機的導航能力將達到前所未有的水準。實際上,目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀,如果手機上安裝了相應的軟件,其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。

      第二大用途,可以和手機上的攝像頭配合使用,比如防抖,這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。

      第三大用途,各類游戲的傳感器,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,陀螺儀完整監測游戲者手的位移,從而實現各種游戲操作效果。有關這點,想必用過任天堂WII的兄弟會有很深的感受。

      第四大用途,可以用作輸入設備,陀螺儀相當于一個立體的鼠標,這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似,甚至可以認為是一種類型。

      第五大用途,也是未來最有前景和應用范圍的用途。下面重點說說。那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是近期才冒出的概念,和虛擬現實一樣,是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力,讓人們對現實中的一些物體有跟深入的了解。

      陀螺系統由敏感元件、驅動電路、檢測電路和力反饋電路等組成。在梳狀靜電驅動器的差動電路上分別施加帶有直流偏置但相位相反的交流電壓,由于交變的靜電驅動力矩的作用,質量片在平行于襯底的平面內產生繞驅動軸Z軸的簡諧角振動。當在振動平面內沿垂直于檢測軸的方向(X方向)有空間角速度Ω輸入時,在哥氏力的作用下,檢測質量片便繞檢測軸(Y軸)上下振動。這種振動幅度非常小,可以由位于質量片下方、淀積在襯底上的電容極板檢測,并通過電荷放大器、相敏檢波電路和解調電路進行處理,得到與空間角速度成正比的電壓信號。



      驗證碼:

      32# EEPW網友 說:2016-11-02 23:54
      請問目前陀螺儀可測量的最小角度是多少?
      31# EEPW網友 說:2015-04-18 21:58
      請問陀螺的刷新率指的是什么?
      30# 云端 說:2014-07-21 06:59
      中國首款完全擁有自主知識產權的消費級商用三軸MEMS陀螺儀在哪里?
      29# soothmusic 說:2014-07-20 06:10
      回答28# wyf86:
      靈敏度(Sensitivity)和測量范圍、分辨率(Resolution)、零角速度輸出(零位輸出)
      28# wyf86 說:2014-07-19 22:54
      MEMS陀螺儀的重要參數包括哪些?
      27# EEPW521 說:2014-06-18 22:14
      回答26# eepwlover:
      需要的
      26# eepwlover 說:2014-06-17 21:24
      航海也需要陀螺儀嗎?
      25# 活詞典 說:2014-05-19 21:09
      回答24# 云端:
      配合使用互補功能
      24# 云端 說:2014-05-18 21:46
      加速傳感器與陀螺儀一般會同時存在,互相配合。
      23# wyf86 說:2014-04-15 22:48
      回答22# soothmusic:
      這個算不出來,低了很多
      22# soothmusic 說:2014-04-14 22:58
      MEMS陀螺比傳統的功耗低多少?
      21# EEPW521 說:2014-03-16 20:57
      回答20# eepwlover:
      用了最好,可控性好。
      20# eepwlover 說:2014-03-15 22:25
      做飛行器,必須要用陀螺儀嗎
      19# 活詞典 說:2014-02-19 22:00
      陀螺儀在機器人設計中,需要用到,保證行走不平路面時的控制。
      18# wyf86 說:2014-02-17 21:49
      回答17# soothmusic:
      對絕大多數人沒有用
      17# EEPW網友 說:2014-02-16 22:27
      陀螺儀是現在手機的賣點,但實際用途大不大?
      16# 云端 說:2014-01-16 21:45
      回答15# wyf86:
      是很相似
      15# wyf86 說:2014-01-15 22:27
      光纖陀螺儀與激光諧振陀螺儀很相似嗎?
      14# 活詞典 說:2013-11-09 23:39
      回答13# 云端:
      可以這么理解,提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號
      13# 云端 說:2013-11-08 22:39
      手機陀螺儀就是個方向加速傳感器?
      12# wyf86 說:2013-11-07 21:19
      回答11# soothmusic:
      拍照時的圖像穩定,動作感應的GUI等,好多
      11# soothmusic 說:2013-11-06 22:12
      手機上的陀螺儀有什么用
      10# 活詞典 說:2013-10-05 22:35
      回答9# 云端:
      重力力矩
      9# 云端 說:2013-10-04 21:54
      現實中,種種陀螺儀的進給運動,是什么作用產生的呢?
      8# wyf86 說:2013-10-01 23:22
      回答7# soothmusic:
      進動性、穩定性
      7# soothmusic 說:2013-09-30 22:04
      使用陀螺儀的最主要的基本特性是什么?
      6# wyf86 說:2013-09-26 22:44
      回答5# soothmusic :
      激光、微機械、光纖、壓電陀螺儀這幾種吧。
      5# soothmusic 說:2013-09-25 22:14
      電子式的陀螺儀有哪些個類別?
      4# eepwlover 說:2013-09-24 20:26
      回答3# 活詞典:
      測量角速度,用來判斷物體的運動狀態。
      3# 活詞典 說:2013-09-23 21:43
      從開發角度講,三軸陀螺儀的最大作用是什么呢?
      2# 云端 說:2013-09-22 22:27
      回復1# wyf86:
      在一定的外在力矩,各一定的初始條件下,陀螺會在不停自轉的同一時間,環繞著另一個固定的轉軸,不停地旋轉。
      1# wyf86 說:2013-09-11 22:31
      陀螺會的回轉效應是什么呢?
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