【精选】三轴陀螺仪感应器

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1、三轴陀螺仪百科名片三轴陀螺仪：同时测定 6 个方向的位置，移动轨迹，加速。 单轴的只能测量一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而 3 轴的一个就能替代三个单轴的。3 轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的发展趋势。应 用 三 轴 陀 螺 仪角 速 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 啦 ） 。

2、 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

3、 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

4、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 。 在 工 程 上 ， 陀 螺 仪 是 一 种 能 够 精 确 地 确 定 运 动 物 体 的 方 位 的 仪 器 ， 它 是现 代 航 空 ， 航 海 ， 航 天 和 国 防 工 业 中 广 泛 使 用 的 一 种 惯 性 导 航 仪 器 ， 它 的 发展 对 一 个 国 家 的 工 业 ， 国 防 和 其 它 高 科 技 的 发 展 具 有

5、 十 分 重 要 的 战 略 意 义 。传 统 的 惯 性 陀 螺 仪 主 要 是 指 机 械 式 的 陀 螺 仪 ， 机 械 式 的 陀 螺 仪 对 工 艺 结 构 的要 求 很 高 ， 结 构 复 杂 ， 它 的 精 度 受 到 了 很 多 方 面 的 制 约 。 自 从 上 个 世 纪 七 十年 代 以 来 ， 现 代 陀 螺 仪 的 发 展 已 经 进 入 了 一 个 全 新 的 阶 段 。 1976 年 等 提出 了 现 代 光 纤 陀 螺 仪 的 基 本 设 想 ， 到 八 十 年 代 以 后 ， 现 代 光 纤 陀 螺 仪 就 得 到了 非 常 迅 速 的 发 展 ， 与 此 同

6、 时 激 光 谐 振 陀 螺 仪 也 有 了 很 大 的 发 展 。 由 于 光 纤陀 螺 仪 具 有 结 构 紧 凑 ， 灵 敏 度 高 ， 工 作 可 靠 等 等 优 点 ， 所 以 目 前 光 纤 陀 螺 仪在 很 多 的 领 域 已 经 完 全 取 代 了 机 械 式 的 传 统 的 陀 螺 仪 ， 成 为 现 代 导 航 仪 器 中的 关 键 部 件 。 和 光 纤 陀 螺 仪 同 时 发 展 的 除 了 环 式 激 光 陀 螺 仪 外 ， 还 有 现 代 集成 式 的 振 动 陀 螺 仪 ， 集 成 式 的 振 动 陀 螺 仪 具 有 更 高 的 集 成 度 ， 体 积 更 小 ，

7、 也是 现 代 陀 螺 仪 的 一 个 重 要 的 发 展 方 向 。 现 代 光 纤 陀 螺 仪 包 括 干 涉 式 陀 螺 仪 和 谐 振 式 陀 螺 仪 两 种 ， 它 们 都 是 根 据塞 格 尼 克 的 理 论 发 展 起 来 的 。 塞 格 尼 克 理 论 的 要 点 是 这 样 的 ： 当 光 束 在 一个 环 形 的 通 道 中 前 进 时 ， 如 果 环 形 通 道 本 身 具 有 一 个 转 动 速 度 ， 那 么 光 线 沿着 通 道 转 动 的 方 向 前 进 所 需 要 的 时 间 要 比 沿 着 这 个 通 道 转 动 相 反 的 方 向 前 进所 需 要 的 时

8、间 要 多 。 也 就 是 说 当 光 学 环 路 转 动 时 ， 在 不 同 的 前 进 方 向 上 ， 光学 环 路 的 光 程 相 对 于 环 路 在 静 止 时 的 光 程 都 会 产 生 变 化 。 利 用 这 种 光 程 的 变化 ， 如 果 使 不 同 方 向 上 前 进 的 光 之 间 产 生 干 涉 来 测 量 环 路 的 转 动 速 度 ， 这 样就 可 以 制 造 出 干 涉 式 光 纤 陀 螺 仪 ， 如 果 利 用 这 种 环 路 光 程 的 变 化 来 实 现 在 环路 中 不 断 循 环 的 光 之 间 的 干 涉 ， 也 就 是 通 过 调 整 光 纤 环 路

9、的 光 的 谐 振 频 率 进而 测 量 环 路 的 转 动 速 度 ， 就 可 以 制 造 出 谐 振 式 的 光 纤 陀 螺 仪 。 从 这 个 简 单 的介 绍 可 以 看 出 ， 干 涉 式 陀 螺 仪 在 实 现 干 涉 时 的 光 程 差 小 ， 所 以 它 所 要 求 的 光源 可 以 有 较 大 的 频 谱 宽 度 ， 而 谐 振 式 的 陀 螺 仪 在 实 现 干 涉 时 ， 它 的 光 程 差 较大 ， 所 以 它 所 要 求 的 光 源 必 须 有 很 好 的 单 色 性 。 2010 年 ， 苹 果 公 司 创 新 性 地 在 新 产 品 iPhone 4 中 置 入

10、“三 轴 陀 螺 仪 ”， 让 iPhone 的 方 向 感 应 变 得 更 加 智 能 ， 从 此 手 机 也 有 了 像 飞 机 一 样 的 “感应 ”， 能 够 知 道 自 己 “处 在 什 么 样 的 位 置 ”。 手 机 方 面 的 应 用 最 近 两 家 技 术 研 究 机 构 对 iPhone4 内 新 增 的 MEMS 陀 螺 仪 进 行 了 详 细的 拍 照 研 究 ， 挖 出 了 iPhone4 新 增 陀 螺 仪 的 一 些 奥 秘 之 处 ， 这 些 机 构 同 时 还指 出 在 苹 果 的 另 外 一 款 新 产 品 iPad 平 板 电 脑 中 本 来 也 计 划

11、要 加 入 这 种 陀螺 仪 设 计 ， 不 过 后 来 由 于 某 种 原 因 放 弃 了 这 个 计 划 ， 但 有 可 能 在 下 一 代iPad 中 会 加 入 这 种 功 能 。 UBMTechInsights 网 站 经 过 研 究 发 现 iPhone4 中 所 用 的 陀 螺 仪 芯 片 其 实是 意 法 半 导 体 公 司 的 产 品 ， 这 是 一 款 三 轴 陀 螺 仪 芯 片 ， 这 家 公 司 还 同 时 为iPhone 和 iPad 产 品 提 供 加 速 度 传 感 器 芯 片 。 TechInsights 网 站 的 高 级 分 析 师 Steve Bitton

12、 则 发 现 在 苹 果 iPad 机型 的 主 板 上 ， 有 一 个 空 出 的 芯 片 位 ， 这 个 空 位 的 面 积 正 好 与 iPhone4 中 陀螺 仪 芯 片 的 大 小 相 符 合 ， 同 时 空 位 的 位 置 也 正 好 设 在 加 速 度 传 感 器 芯 片 的 旁边 ， 而 且 同 样 靠 近 处 理 器 芯 片 。 这 个 发 现 显 示 苹 果 原 来 本 有 计 划 在 iPad 上 设 置 这 种 三 轴 陀 螺 仪 ， 不 过他 们 最 后 放 弃 了 这 个 计 划 ， 也 许 将 来 他 们 会 向 iPad 里 加 入 这 款 芯 片 吧 。 不

13、过 iPad 主 板 上 这 个 空 位 预 留 的 针 脚 数 目 却 与 意 法 半 导 体 为 iPhone4开 发 的 陀 螺 仪 芯 片 不 相 吻 合 ， 而 与 另 外 一 家 厂 商 InvenSense 开 发 的 同 类功 能 芯 片 相 吻 合 。 Gyroscope “当 苹 果 iPad 刚 刚 上 市 时 ， InvenSense 还 是 市 场 上 独 家 能 够 提 供 三 轴数 字 型 陀 螺 仪 芯 片 的 厂 商 ， 因 此 当 时 苹 果 可 能 打 算 选 用 这 家 厂 商 的 芯 片 。 可见 苹 果 确 实 曾 经 计 划 在 iPad 中 加

14、入 陀 螺 仪 芯 片 ， 不 过 最 后 放 弃 了 这 个 计 划而 已 。 ” iFixit 公 司 则 更 进 一 步 ， 对 iPhone4 的 陀 螺 仪 内 部 结 构 进 行 了 拍 照 分析 ， 他 们 也 发 现 这 款 芯 片 是 意 法 半 导 体 公 司 的 产 品 ， 芯 片 的 外 壳 封 装 上 打 有“ AGD1 2022 FP6AQ”的 字 样 。 而 这 款 MEMS（ 微 电 机 系 统 ） 陀 螺 仪 芯 片 内部 集 成 有 微 型 电 机 系 统 ， 可 用 于 测 量 手 机 的 运 动 方 向 数 据 。 通 过 拍 摄 芯 片 的 X 光 照

15、 片 ， 研 究 人 员 发 现 这 款 芯 片 与 意 法 半 导 体 公 司 推出 的 L3G4200D 非 常 相 似 ， 芯 片 内 部 包 含 有 一 块 微 型 磁 性 体 ， 可 以 在 手 机 进行 旋 转 运 动 时 产 生 的 科 里 奥 力 作 用 下 向 X,Y,Z 三 个 方 向 发 生 位 移 ， 利 用 这个 原 理 便 可 以 测 出 手 机 的 运 动 方 向 。 而 芯 片 核 心 中 的 另 外 一 部 分 则 可 以 将 有关 的 传 感 数 据 转 换 为 iPhone4 可 以 识 别 的 数 字 格 式 。 另 外 ， iFixit 和 Chiwporks 公 司 的 网 站 上 还 放 上 了 其 它 几 种 MEMS 陀螺 仪 芯 片 的 放 大 图 片 ， 感 兴 趣 的 读 者 可 以 欣 赏 一 下 ： 陀 螺 仪