手機中的三軸陀螺儀工作原理概述

2020-12-13 電子產品世界

　　iPhone 4採用了微型的、電子化的振動陀螺儀，也叫微機電陀螺儀。iPhone 4是世界上第一臺內置MEMS(微機電系統)三軸陀螺儀的手機，可以感知來自六個方向的運動，加速度，角度變化。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/275205.htm

　　每一次iPhone產品的的發布總能給我們帶來一些全新的應用。iPhone 4給我們帶來了什麼呢?三軸陀螺儀應該是iPhone 4在硬體配置方面的一大亮點了。

　　一、三軸陀螺儀工作原理

　　三軸陀螺儀：同時測定6個方向的位置，移動軌跡，加速。 單軸的只能測量一個方向的量，也就是一個系統需要三個陀螺儀，而3軸的一個就能替代三個單軸的。3軸的體積小、重量輕、結構簡單、可靠性好，是雷射陀螺的發展趨勢。

　　三軸陀螺儀原理如圖所示。

　　

 

　　圖1 三軸陀螺儀原理

　　在最新款的iPhone 4手機中內置三軸陀螺儀，它可以與加速器和指南針一起工作，可以實現6軸方向感應，三軸陀螺儀更多的用途會體現在GPS和遊戲效果上。一般來說，使用三軸陀螺儀後，導航軟體就可以加入精準的速度顯示，對於現有的GPS導航來說是個強大的衝擊，同時遊戲方面的重力感應特性更加強悍和直觀，遊戲效果將大大提升。這個功能可以讓手機在進入隧道丟失GPS信號的時候，憑藉陀螺儀感知的加速度方向和大小繼續為用戶導航。而三軸陀螺儀將會與iPhone原有的距離感應器、光線感應器、方向感應器結合起來讓iPhone 4的人機互動功能達到了一個新的高度。

　　二、三軸陀螺儀的應用

　　在工程上，陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發展對一個國家的工業，國防和其它高科技的發展具有十分重要的戰略意義。傳統的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構複雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現代陀螺儀的發展已經進入了一個全新的階段。1976年美國Utah大學的Vali和Shorthill提出了現代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以後，現代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，與此同時雷射諧振陀螺儀也有了很大的發展。由於光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。和光纖陀螺儀同時發展的除了環式雷射陀螺儀外，還有現代集成式的振動陀螺儀，集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現代陀螺儀的一個重要的發展方向。

　　現代光纖陀螺儀包括幹涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種，它們都是根據塞格尼克的理論發展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的：當光束在一個環形的通道中前進時，如果環形通道本身具有一個轉動速度，那麼光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需要的時間要多。也就是說當光學環路轉動時，在不同的前進方向上，光學環路的光程相對於環路在靜止時的光程都會產生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之間產生幹涉來測量環路的轉動速度，這樣就可以製造出幹涉式光纖陀螺儀，如果利用這種環路光程的變化來實現在環路中不斷循環的光之間的幹涉，也就是通過調整光纖環路的光的諧振頻率進而測量環路的轉動速度，就可以製造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個簡單的介紹可以看出，幹涉式陀螺儀在實現幹涉時的光程差小，所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度，而諧振式的陀螺儀在實現幹涉時，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很好的單色性。

　　2010年，蘋果公司創新性地在新產品iPhone 4 中置入「三軸陀螺儀」，讓iPhone的方向感應變得更加智能，從此手機也有了像飛機一樣的「感應」，能夠知道自己「處在什麼樣的位置」。

　　三、iphone手機中的三軸陀螺儀

　　陀螺儀是用於測量或維持方向的設備，基於角動量守恆原理。」這句話的要點是測量或維持方向，這是 iPhone 4 為何搭載此類設備的原因。

　　iPhone 4採用了微型的，電子化的振動陀螺儀，也叫微機電陀螺儀。iPhone 4是世界上第一臺內置MEMS(微機電系統)三軸陀螺儀的手機，可以感知來自六個方向的運動，加速度，角度變化。

　　Iphone 4手機採用了意法半導體的MEMS(微電機系統)陀螺儀晶片，晶片內部包含有一塊微型磁性體，可以在手機進行旋轉運動時產生的科裡奧力作用下向X，Y，Z三個方向發生位移，利用這個原理便可以測出手機的運動方向。而晶片核心中的另外一部分則可以將有關的傳感數據轉換為iPhone4可以識別的數字格式。

　　

 

　　圖2 蘋果手機的三軸陀螺儀晶片

　　微機電系統(MEMS)是一種嵌入式系統，在極小的空間內集成了電子和機械構件。一個基本的 MEMS 設備由專用集成電路(ASIC)和微機械矽傳感器組成。當用戶旋轉手機，在科裡奧利力(Coriolis force)的作用下，在 X，Y 及 Z 軸產生偏移。專用集成電路處理器感知到待驗質量通過其下電容器板和位於邊緣的指電容的偏移。

電容器相關文章:電容器原理

相關焦點

  • 手機中的三軸陀螺儀工作原理
    iPhone 4是世界上第一臺內置MEMS（微機電系統）三軸陀螺儀的手機，可以感知來自六個方向的運動，加速度，角度變化。每一次iPhone產品的的發布總能給我們帶來一些全新的應用。iPhone 4給我們帶來了什麼呢？三軸陀螺儀應該是iPhone 4在硬體配置方面的一大亮點了。
  • 詳解三軸陀螺儀的技術原理
    MEMS陀螺儀基本技術原理　　要想將陀螺儀技術應用於手機、MID、手柄、滑鼠、數位相機這樣的小型設備中，將傳統陀螺儀小型化是必然，為此，MEMS陀螺儀正全面走進數碼設備、遊戲設備。MEMS是什麼呢？
  • 三軸陀螺儀基本技術原理解析
    三軸陀螺儀基本技術原理解析 佚名 發表於 2016-10-25 11:17:45 　　在一定的初始條件和一定的外在力矩作用下，陀螺會在不停自轉的同時，還繞著另一個固定的轉軸不停地旋轉
  • 三軸陀螺儀炙手可熱
    三軸陀螺儀(Gyroscope)及其多功能組合(Combo)元件銷售量將強勁增長。YoleDeveloppement研究報告指出，在消費性應用需求成長的驅動下，三軸陀螺儀及其多功能組合元件的銷售額，將從2011年的4億5,800萬美元，擴大到2017年的15億7,000萬美元，成長將近四倍，年複合成長率(CAGR)亦高達22.8%。
  • 三軸陀螺儀與加速度計如何輔助Iphone定位的
    去年的6月8日，偉大的蘋果公司發布了最新一代iPhone 4G，這款新機器有很多硬體方面的升級，其中對遊戲玩家來說來說，最大的一個「三軸陀螺儀」！第一次聽說這個「三軸陀螺儀」是前一段時間，偶爾發現有Apple玩家測試Ipod Touch的定位功能，具體詳見「不同行動裝置的定位偏移問題」。 感覺很新奇–因為Ipod touch 無GPS也能夠實現定位，特地研究了一下。
  • 3軸陀螺儀傳感器和3軸加速度傳感器的工作原理
    打開APP 3軸陀螺儀傳感器和3軸加速度傳感器的工作原理 發表於 2018-03-19 10:11:00 就在過去兩年中，運動傳感技術已經開始遍地開花——視頻控制臺、智慧型手機、電視遙控器和個人訓練設備——就在我們給手機照片打上地理標籤、玩視頻遊戲以及通過電視機和有線電視機頂盒進行頻道衝浪之時。
  • 超機訪問:街頭眾人體驗三軸陀螺儀應用
    我們之前推出兩期的i手機特別版在本期發生了變化，節目更名為——《超「機」訪問》。節目的宗旨沒有變，仍然是為大家帶來最新的手機產品以及手機應用、服務。本期節目主持人小文把蘋果iPhone 4上新加入的三軸陀螺儀應用帶上了街頭，我們來讓眾人來體驗一下這項技術到底是什麼感覺。
  • 解析:iPhone 4中的三軸陀螺儀為何物
    年底購機需謹慎 細數容易被翻新的手機http://sz.zol.com.cn/208/2089603.html    隨著時代科技的進步，傳統的陀螺已不能滿足成年人的娛樂需求，更多的則是關注網路遊戲、大型街機等新興產物，而傳統的陀螺只能夠停限於孩童時代，並沒有成為現在的主流。
  • MEMS陀螺儀工作原理及創新應用
    因此，通過了解陀螺儀的工作原理，我們可以切身體會到任天堂和蘋果對陀螺儀曾經的企盼，而且也可以幫助國內的消費電子終端廠商巧妙地應用該器件以實現多樣化的創新應用。 陀螺儀可以對加速度傳感器和電子羅盤進行有益的補充。當三軸陀螺儀加上三軸加速度傳感器形成六軸的運動傳感器之後，基本上可以檢測到所有形式的運動，包括速度、方向、位移等參數。
  • 首款三軸陀螺儀遊戲 Gun Range正式上線
    三軸陀螺儀應該是iPhone 4在硬體配置方面的一大亮點了。    那麼什麼是三軸陀螺儀呢？簡單的說來就是3D版的重力感應，iPhone 4現在除了可以感應手機左右的晃動以外還能感受到前後的傾斜，這對於未來遊戲或者軟體的設計來說又提出了新的概念，我們希望在未來能夠看見更多的基於陀螺儀的應用。
  • 陀螺儀工作原理
    人們利用陀螺的力學性質所製成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope)，它在科學、技術、軍事等各個領域有著廣泛的應用。傳感陀螺儀用於飛行體運動的自動控制系統中，作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器。指示陀螺儀主要用於飛行狀態的指示，作為駕駛和領航儀表使用。現在的陀螺儀分為，壓電陀螺儀，微機械陀螺儀，光纖陀螺儀，雷射陀螺儀，都是電子式的，可以和加速度計，磁阻晶片，GPS，做成慣性導航控制系統。
  • 陀螺儀原理
    陀螺儀原理：陀螺儀的基本組成與分類　　2.1陀螺儀的基本組成　　陀螺儀的裝置，一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時，可以把它看成是一個剛體，剛體上有一個萬向支點，而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動，所以陀螺的運動是屬於剛體繞一個定點的轉動運動。
  • MEMS陀螺儀工作原理
    傳統的陀螺儀主要是利用角動量守恆原理，因此它主要是一個不停轉動的物體，它的轉軸指向不隨承載它的支架的旋轉而變化。        但是MEMS陀螺儀（gyroscope）的工作原理不是這樣的，因為要用微機械技術在矽片襯底上加工出一個可轉動的結構可不是一件容易的事。
  • 內置6軸陀螺儀,三模多平臺支持,蓋世小雞T4pro遊戲手柄
    作為一個遊戲發燒友，我是很喜歡玩遊戲的，不過隨著如今工作的日益繁忙，並且經常要出差，我已經很少有比較充裕的時間用來玩電腦遊戲了。現在玩遊戲的時間比較零散，所以之前玩手機遊戲比較多，但是自從我入手了Switch以後，Switch就成了我的主力遊戲平臺了。
  • 陀螺自轉軸不垂直於外環軸時,陀螺的進動角速度如何計算?
    上次我們根據雙自由度陀螺轉子高速旋轉，陀螺的內環環受到外力時，兩自由度陀螺進行動性的分析，我們知道在陀螺的自轉軸、內環軸、外環軸三軸相互垂直時，我們可以通過右手定則判斷陀螺進動角度速度的方向，利用w=M/H來計算陀螺進動角速度的大小。
  • 京東眾籌可視挖耳勺,200萬攝像頭,3軸陀螺儀,在家體驗採耳樂趣
    聞所未聞，手機還能直播自己的耳道，這款黑科技顛覆了我的認知如果你告訴別人你能看到自己的耳道內部，很多人可能會認為你這個人在吹牛。但如今這個能力通過藉助科技真的可以實現了。我們自己就可以通過手機參觀自己的耳道內部。這究竟是一款什麼樣的黑科技呢？
  • 手機是如何進行計步的?與我們普通玩的陀螺性質又有什麼關聯
    這裡不要把陀螺儀理解為我們小時候玩的那種陀螺，它們兩個並不是那麼一回事，只不過是人們利用了陀螺的力學性質所製成的各種功能的陀螺裝置稱為陀螺儀(gyroscope)陀螺儀1850年法國的物理學家萊昂·傅科（J.Foucault）在研究地球自轉過程中，發現轉子高速轉動過程，
  • 華為手機講堂:華為nova玩轉AR?陀螺儀還能這麼玩
    當然，AR技術的應用離不開三軸陀螺儀這樣的基礎硬體，那究竟三軸陀螺儀是什麼玩意呢？ 　　其實早在100多年前，陀螺儀就被應用到航海領域，而隨著陀螺儀在結構、原理上的改良，它逐漸被應用到航天、飛彈、汽車、手機等消費級電子產品。
  • 雷射陀螺有什麼用?工作原理是什麼?
    雷射陀螺具有很多重要的軍事應用，隨著技術進步，它的性能將會越來越好，完全替代傳統的機電陀螺，在慣性導航定位、制導系統以及姿態控制和穩定系統中更好地體現和發揮核心作用，增強它們的導航定位、姿態控制、精確制導等能力，大幅提升以飛彈為代表的精確打擊武器的戰鬥力。
  • 光纖陀螺的工作原理
    打開APP 光纖陀螺的工作原理 本站 發表於 2009-02-23 11:53:08 光纖陀螺的工作原理光纖陀螺的基本工作原理來自Sagnac效應。