為了讓你玩遊戲裝在手機上的陀螺儀,裡面真有一個旋轉的陀螺麼

2020-12-05 百家號

說到陀螺儀,我們大多數人都是只知其一不知其二的,其實可以說我們的現代社會是離不開這顆小小陀螺儀的。往小說現在的智慧型手機,動感遊戲機,乃至汽車導航和自動駕駛技術;而往大說飛機的飛行姿態、飛行軌跡控制,火箭發射的衛星能否準確入軌,飛彈能否準確擊中目標,都離不開陀螺儀的應用。而iPhone4當初把陀螺儀革命性的引入手機,最大的目的,就是希望憑藉基於陀螺儀應用發展而來的各種體感遊戲能夠吸附用戶。而iPhone也的確做到了,還記得當年大名鼎鼎的《神廟逃亡》麼,熱度絕對不次於現在的《王者榮耀》。那麼這個為了讓你玩遊戲裝在手機上的陀螺儀,裡面真有一個旋轉的陀螺麼?

說起陀螺,大家想到的應該都是公園裡大爺們叭叭作響揮動鞭子抽打的一塊塊木疙瘩。的確最初的機械陀螺儀就是基於陀螺的原理實現的。簡單來說,就是當陀螺旋轉起來的時候,如果沒有外力推動它,那麼它的旋轉軸是保持穩定的。而只要陀螺轉得夠快時,有一定的外力也不能完全破壞陀螺的旋轉平衡姿態,只能讓它的旋轉軸偏移。由此當有科學家想要研究地球自轉時,第一個萬向陀螺儀就誕生了。而萬向支架則在中國已經有悠久的歷史了。

中國早早就發明了萬向支架

而當陀螺儀發明之後,一開始最廣泛的應用就是在航空領域了。因為飛機飛在空中,是無法直接辨別方向的,而不知道方向對飛行是最危險的。而有了陀螺儀之後,就可以憑藉陀螺儀的特性,確定飛機的飛行姿態,因此陀螺儀就成為了飛控儀器的核心。而隨著慣性導航精度要求的不斷提高,由於加工精度和誤差的影響,機械陀螺儀的應用範圍被大大縮小了。因此各種各樣的高精度陀螺儀,如靜電陀螺儀和雷射陀螺儀,被發明出來以適應技術進步的要求。

舉個例子,大家都知道潛艇特別是戰略核潛艇在執行戰備航行任務時,會一直保持下潛狀態巡航很長時間,而在下潛巡航時,是無法接收到任何電磁信號的。因此GPS等常規導航手段都無法使用,潛艇就只能採用慣性導航方式。而這時就要用到精確度非常高的靜電陀螺儀,以保證航線的正確。通常戰略核潛艇上的靜電陀螺儀會有一個房間大小,據稱美國最新進的可以保持幾天的偏差只有幾毫米。而這個高精度的靜電陀螺儀還會負責給潛艇上將要發射的飛彈進行校準,以保證飛彈能精準命中。

美國俄亥俄級戰略核潛艇

說了這麼多各種各類的陀螺儀,我們手機上用的陀螺儀卻是一直朝著小型化發展。現在基本都是使用的MEMS(微機電系統)陀螺儀。也就是在矽基板上蝕刻出一個懸空結構,在通電保持高速震蕩的情況下,陀螺儀在繞敏感軸轉動的情況下,振動塊會產生科裡奧利力,而這個力會反作用在振動塊上,使之產生形變,而通過檢測這個微小的形變,通常是利用電容值的變化,就可以測出陀螺儀沿敏感軸轉動的角速度。當然具體的計算過程會很複雜一些。不過原理就是這樣的。而正是應用了這樣的MEMS傳感器我們的手機才能開發出導航,和各種體感遊戲的功能。

這個小元件就是手機上的陀螺儀

別看小,裡面的結構是很複雜的。

裡面是這樣的,需採用蝕刻工藝

不過可惜的是,中國每年生產的幾億隻手機中所使用的MEMS陀螺儀基本都是從國外進口的,我們國內生產在市場份額中只能佔到10%,而且基本都是中低端產品。而隨著智能時代來臨,今後傳感器在我們的日常生活應用中會越來越普及,越來越重要。希望到時我們國產的MEMS傳感器能夠有所突破,真正的參與到與國外廠商的競爭中來。對此你怎麼看,歡迎留言討論。

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  • 手機裡面的陀螺儀是個什麼東西?
    ,經常能發現在傳感器一欄中有一個叫陀螺儀傳感器的東西。這個東西在手機上主要是用來檢測手機姿態的,我們玩體感遊戲少不了它,一些手機拍照時候的防抖也要用到它。不過,這個看似普及的東西來歷其實非常高大上,它到底是個什麼東西呢?我們來看一下。一、陀螺儀的發明現在手機裡面的陀螺儀傳感器已經進化成一塊小小的晶片了,但是在陀螺儀出現的時候,它確是一個機械裝置。
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    陀螺儀你玩過沒有?這個堪稱神奇的玩意兒就像變魔術一樣,只要中心保持高速旋轉它就是不倒翁,給它一個支點不但可以傾斜著旋轉,還能站在一根細線上甚至筆尖上旋轉,給我都能玩一整天。我們通常說的和玩的陀螺儀,就是一個簡單的機械裝置,裡面由一個陀螺轉子與旋轉軸相連,外圍是由兩個支架組成。
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    陀螺儀又叫角速度傳感器,是不同於加速度計(G-sensor)的,他的測量物理量是偏轉、傾斜時的轉動角速度。螺旋儀是一種用來傳感與維持方向的裝置,基於角動量守恆的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的轉子構成。 陀螺儀一旦開始旋轉,由於轉子的角動量,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。
  • 手機上都有的陀螺儀 除了玩遊戲還有什麼用處?
    陀螺儀,用百度百科的話來說:是一種基於角動量守恆的理論,來感測與維持方向的裝置。通俗點講,你可以設想一隻陀螺,當它旋轉起來的時候,軸體的方向是不會被改變的,哪怕受到外力影響,也會在方向上保持恆定如一,這就是角動量守恆原理。
  • 手機裡邊的陀螺儀到底是個啥?
    現在,當我們開啟安兔兔檢測手機硬體的時候,經常能發現在傳感器一欄中有一個叫陀螺儀傳感器的東西。這個東西在手機上主要是用來檢測手機姿態的,我們玩體感遊戲少不了它,一些手機拍照時候的防抖也要用到它。不過,這個看似普及的東西來歷其實非常高大上,它到底是個什麼東西呢?我們來看一下。
  • 手機和汽車裡邊的陀螺儀到底是個啥東西?
    應用於航空飛行器上的機械陀螺儀《飛行器的姿態穩不穩,這個小東西發揮了巨大的作用!》,很多讀者感覺到很新鮮好奇,也有的讀者表示機械陀螺儀的淘汰,轉而被電子陀螺儀的替代,沒錯,現在的很多軍用和民用設備都安裝了電子陀螺儀,就連手機裡和平板電腦裡都安裝了陀螺儀。那麼這個陀螺儀在手機裡究竟有何作用?今天小編就給你做個科普。
  • 啥是陀螺儀?它用在智慧型手機上到底有什麼作用?
    上採用的陀螺儀是MEMS(微機電)陀螺儀,手機中陀螺儀的運用首先用在遊戲的控制上,相比傳統重力感應器只能感應左右兩個維度的(多軸的重力感應是可以檢測到物體豎直方向的轉動,但角度難判斷)變化,陀螺儀通過對偏轉、傾斜等動作角速度的測量,可以實現用手控制遊戲主角的視野和方向。
  • 單軸陀螺儀與三軸陀螺儀的區別
    平板電腦方案的三軸陀螺儀  平板電腦方案中的陀螺儀(Gyroscope),是一種用來傳感與維持方向的裝置,基於角動量守恆的理論設計出來的。平板電腦方案的陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的輪子構成。 當它一旦開始旋轉,由於輪子的角動量,陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。
  • 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,
  • 車智匯告訴你,陀螺儀的旋轉世界及汽車領域上的應用
    提到陀螺,很多人第一印象就是想到小時候自己玩過的一種叫作「陀螺」的娛樂玩具,為了讓這個陀螺立起來,就必須不斷地用外力抽打,可一旦失去外力的幫助,陀螺很快就倒下來,那大家知道為什麼陀螺在外力的作用下能夠立起來?陀螺在力的作用下發生慣性轉動,不但圍繞本身的軸線轉動,還圍繞一個垂直軸作錐形運動。
  • 淺析三軸陀螺儀
    陀螺儀(Gyroscope),是一種用來傳感與維持方向的裝置,基於角動量守恆的理論設計出來的。陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的輪子構成。
  • 陀螺儀的工作原理
    最早的陀螺儀的簡易製作方式如下:即將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上,靠陀螺的方向來計算角速度,簡易圖如下圖所示。因此一開始,陀螺儀的最主要的作用在於可以測量角速度。陀螺儀的基本組成當前,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,更確切地說,一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。
  • 陀螺儀工作原理及其廠家
    最早的陀螺儀的簡易製作方式如下:即將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上,靠陀螺的方向來計算角速度,簡易圖如下圖所示。●陀螺儀的基本組成當前,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,更確切地說,一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。
  • 陀螺儀工作原理及創新應用
    最早的陀螺儀的簡易製作方式如下:即將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上,靠陀螺的方向來計算角速度,簡易圖如下圖所示。●陀螺儀的基本組成當前,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,更確切地說,一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。
  • 生活中有哪些地方應用了陀螺儀的不倒特性?
    小時候,很多人都玩過陀螺,它的特點就是不會倒,科學家就是看到了這個特徵,發明了陀螺儀。陀螺儀在很多領域都有應用,它的優點很多,比如精度高、穩定性好等,在手機、輪船和航天等領域都有應用。陀螺儀是怎麼保持不倒的?
  • 陀螺儀未來有哪些新應用?
    陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器,從第一臺真正實用的陀螺儀器問世以來已有大半個世紀,但直到現在,陀螺儀仍在吸引著人們對它進行研究,這是由於它本身具有的特性所決定的。陀螺儀最主要的基本特性是它的穩定性和進動性。人們從兒童玩的地陀螺中早就發現高速旋轉的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直,這就反映了陀螺的穩定性。
  • 陀螺儀原理
    萬萬想不到的是雞頭就是一個非常完美的陀螺儀,無論你怎樣動雞的身體,它總是能hold住自己的頭,太強大了!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。
  • 你的手機裡面有陀螺儀嗎
    但手機要具備一些豐富的體驗和功能,一些傳感器就是必不可少的,但是這些東西往往卻是我們容易忽略的,而被我們忽略的東西往往代表著一個手機廠商的技術水平。今天小編就給大家介紹一下手機裡的陀螺儀,在智慧型手機裡它是一種傳感器,它主要是用來檢測手機姿態的,我們玩體感遊戲少不了它,一些手機拍照時候的防抖也要用到它,另外手機導航有時候也會需要用到它,可以實現更好的定位。
  • 陀螺儀除了導航,還有這些關鍵技術會幫助機器人
    乍一聽,陀螺儀,這麼高大上的東西一般不會有人了解,但是相信大多數人應該都聽過陀螺,其實它們的原理是相似的。其實,無論是手機導航、運動記步、甚至測出你今天爬了幾層樓,VR眼鏡真實再現三維世界,無人機進行空中懸停……這些功能的實現都基於設備內部的一個組件——陀螺儀。它的三維定位準不準,偏差是多少?這些都直接影響到我們的生活。
  • 陀螺儀的工作原理及創新應用
    最早的陀螺儀的簡易製作方式如下:即將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上,靠陀螺的方向來計算角速度,簡易圖如下圖所示。●陀螺儀的基本組成當前,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,更確切地說,一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。