分析三轴陀螺仪的工作原理及应用

三轴陀螺仪工作原理

三轴陀螺仪也叫作微机械陀螺仪，而微机械陀螺仪也会被称作MEMS陀螺仪。它的特点在于能够同时进行六个方向的位置测定工作，还能对该些方向移动的轨迹及加速的测定。最早的单轴陀螺仪的只能进行一个方向的测量。一个三轴陀螺仪能完成三个单轴陀螺仪的工作量，如果在一个系统需要三个陀螺仪，三轴陀螺仪可以完美替代三个单轴陀螺仪。三轴陀螺仪具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性好等优点，是激光陀螺的发展趋势。简而言之，三轴陀螺仪最大的作用就是“测量角速度，以判别物体的运动状态，所以也称为运动传感器。

三轴陀螺仪的应用

角速度传感器还有加速度传感器不一定是陀螺仪，也许是单纯的加速度计呢。飞机、轮船或导弹中的指示仪，其核心部分就是定向指示仪，它是一个装在能自由转向的小框架上的小飞轮（陀螺）。在这个装置中，轴承的摩擦力矩很小，可以忽略不计。另一方面，刚体结构高度对称，其质心集中在连杆中心处。这样，当飞轮绕自身对称轴高速转动时，无论如何改变框架的方位，其中心轴的空间取向都始终保持不变。（专业说法是：定向指示仪所受到的合外力矩为零，其角动量守恒）这是定向指示仪的重要特性。

如果在飞机上装上三个定向指示仪，并使三个小飞轮的自转轴相互垂直，飞行员就可以通过飞轮轴相对于机身的指向来确定飞机的空间取向。船舶上装上定向指示仪，海员可用它来确定海轮的航向。鱼雷，火箭中也装有定向指示仪，起到自动导航的作用。在鱼雷前进的过程中，定向指示仪的轴线方向保持不变。当鱼雷因风浪等影响，前进方向改变时，鱼雷的纵轴与定向指示仪之间就出现了偏差，这时可启动有关器械改变舵的角度，使鱼雷回复到原来的前进方向。火箭中，则采用改变喷气方向的方法来校正飞行方向。

汽车级陀螺仪能提供精确的测量结果，可大幅提升汽车导航仪和远端资讯处理系统的航位推算（Dead-ReckoNIng）和/或地图对照（Map-Matching）功能。在全球卫星定位系统（GPS）卫星讯号很差的室内和高楼林立的区域，航位推算系统可弥补讯号消失的影响，代替卫星检测物体的动作和高度。陀螺仪的精确测量资料还能提高地图对照准确度;地图对照是在数位地图的道路网路上描述卫星或感测器观测的用户位置的动作轨迹的过程，地图对照被用于各种导航定位系统，包括交通流量分析和车辆行驶方向。

而最早将三轴陀螺仪置入手机领域的就是苹果公司的教父—史蒂芬。乔布斯，2010年，通过创新将三轴陀螺仪配置入iPhone4当中，这也标志着手机迈入智能手机的开端。三轴陀螺仪通过对设备的方向的测量和对方向的维持，基于角动量守恒原理。

随后的七八年里，各大手机企业开始都三轴陀螺仪配备到自己的产品当中，现在几乎已是手机上的标配了。手机上利用三轴陀螺仪来维持一些游戏动作的特性稳定。现在市面上的许多游戏要用到这一方面功能，如最近比较火热的绝地求生、动作模拟保龄球等体育射击类游戏，还有在第一人称游戏上如赛车类体现特别的明显。