蘋果的手機(jī)陀螺儀怎么工作的，它與機(jī)械陀螺儀有哪些異同？

現(xiàn)在，當(dāng)我們開啟安兔兔檢測手機(jī)硬件的時(shí)候，經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)在傳感器一欄中有一個(gè)叫陀螺儀傳感器的東西。這個(gè)東西在手機(jī)上主要是用來檢測手機(jī)姿態(tài)的，我們玩體感游戲少不了它，一些手機(jī)拍照時(shí)候的防抖也要用到它。不過，這個(gè)看似普及的東西來歷其實(shí)非常高大上，它到底是個(gè)什么東西呢？我們來看一下。

陀螺儀的發(fā)明

現(xiàn)在手機(jī)里面的陀螺儀傳感器已經(jīng)進(jìn)化成一塊小小的芯片了，但是在陀螺儀出現(xiàn)的時(shí)候，它確是一個(gè)機(jī)械裝置。

機(jī)械陀螺儀
目前，人們普遍認(rèn)為是1850年法國的物理學(xué)家萊昂·傅科（J.Foucault）為了研究地球自轉(zhuǎn)，發(fā)明了陀螺儀。那個(gè)時(shí)代的陀螺儀可以理解成把一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到一個(gè)萬向支架上面，這樣因?yàn)橥勇菰诟咚傩D(zhuǎn)時(shí)保持穩(wěn)定，人們就可以通過陀螺的方向來辨認(rèn)方向，確定姿態(tài)，計(jì)算角速度。
萬向支架可以保證無論怎么轉(zhuǎn)動(dòng)，陀螺都不會(huì)倒，萬向支架這個(gè)東西最早可以追溯到中國幾千年前的香爐。

早期的陀螺儀
陀螺儀發(fā)明以后，首先被用在航海上（當(dāng)年還沒有發(fā)明飛機(jī)），后來被用在航空上。因?yàn)轱w機(jī)飛在空中，是無法像地面一樣靠肉眼辨認(rèn)方向的，而飛行中方向都看不清楚危險(xiǎn)性極高，所以陀螺儀迅速得到了應(yīng)用，成為飛行儀表的核心。
到了第二次世界大戰(zhàn)，各個(gè)國家都玩命的制造新式武器，德國人搞了飛彈去炸英國，這是今天導(dǎo)彈的雛形。從德國飛到英國，千里迢迢怎么讓飛彈能飛到，還能落到目標(biāo)呢？
于是，德國人搞出來慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。慣性制導(dǎo)系統(tǒng)采用用陀螺儀確定方向和角速度，用加速度計(jì)測試加速度，然后通過數(shù)學(xué)計(jì)算，就可以算出飛彈飛行的距離和路線，然后控制飛行姿態(tài)，爭取讓飛彈落到想去的地方。
二戰(zhàn)時(shí)候，計(jì)算機(jī)也好，儀器也好，精度都是不太夠的，所以德國的飛彈偏差很大，想要炸倫敦，結(jié)果炸得到處都是，頗讓英國人恐慌了一陣。
不過，從此以后，以陀螺儀為核心的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)就被廣泛應(yīng)用于航空航天，今天的導(dǎo)彈里面依然有這套東西，而隨著需求的刺激，陀螺儀也在不斷進(jìn)化。

目前，傳統(tǒng)上的機(jī)械陀螺儀正在被淘汰，有高精度需求的地方用的是激光陀螺儀，而普及方面則是微機(jī)電陀螺儀。
因?yàn)?a target="_blank">微機(jī)電陀螺儀（MEMS）屬于微電子產(chǎn)品，發(fā)展迅速，而且成本越來越低，所以用途越來越廣。我們的智能手機(jī)因?yàn)橛袡z測動(dòng)態(tài)的需求，于是就用上了微機(jī)電陀螺儀（MEMS）。

無處不在的陀螺儀
本來陀螺儀是高大上的存在，但是因?yàn)槲C(jī)電陀螺儀（MEMS）的出現(xiàn)，低成本的陀螺儀可以用在很多領(lǐng)域。
三軸陀螺儀自iPhone 4引入之后受到大家的關(guān)注，不過陀螺儀目前在手機(jī)上的應(yīng)用其實(shí)還不是很廣泛，現(xiàn)在比較常用于各種體感游戲、大型游戲，以及廠商開發(fā)的擴(kuò)景應(yīng)用和手勢功能等。游戲方面經(jīng)常用于第一視角類射擊游戲，還有飛行、體育類游戲，隨著手機(jī)的上下左右擺動(dòng)，鏡頭也跟著擺動(dòng)，就好像手中的手機(jī)變成了瞄準(zhǔn)器。沒有陀螺儀的機(jī)型。
除了我們熟悉的智能手機(jī)以外，汽車上也用了很多微機(jī)電陀螺儀，在高檔汽車中,大約采用25至40只MEMS傳感器，用來檢測汽車不同部位的工作狀態(tài)，給行車電腦提供信息，讓用戶更好的控制汽車。
在導(dǎo)航應(yīng)用上，由于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)和GPS已經(jīng)能比較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航效果，只不過如果有陀螺儀，在隧道或高大建筑物沒有GPS訊號(hào)時(shí)，可以通過陀螺儀來測量汽車的偏航或直線運(yùn)動(dòng)位移，保持導(dǎo)航的準(zhǔn)確性。另外，理論上陀螺儀在拍照和攝像能起到一定防抖作用，當(dāng)然不能與光學(xué)防抖鏡頭相比。
在無人機(jī)、穿戴式設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)，甚至現(xiàn)在熱炒的工業(yè)4.0，互聯(lián)網(wǎng)+上面，同樣離不開它，只要是需要檢測運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的地方，就有微機(jī)電陀螺儀（MEMS）。
165年前，萊昂·傅科發(fā)明陀螺儀是為了科學(xué)研究。如今，這個(gè)小東西卻讓我們的生活有了翻天覆地的改變，如果沒有它，就沒有飛機(jī)，沒有火箭，沒有現(xiàn)代生活，這恐怕是他的發(fā)明者都沒有想到的。小小的陀螺儀，讓我們的世界變得更美好。

陀螺儀的原理

陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫做陀螺儀。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時(shí)間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。

在現(xiàn)實(shí)生活中，陀螺儀發(fā)生的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是在重力力矩的作用下發(fā)生的。

陀螺儀的應(yīng)用

陀螺儀器最早是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應(yīng)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(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件，即可作為信號(hào)傳感器。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號(hào)，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩(wěn)定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對地面穩(wěn)定等等。作為精密測試儀器，陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見，陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的，它在現(xiàn)代化的國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位