陀螺仪介绍2013-1-28•陀螺仪发展及应用情况•MEMS陀螺仪基本原理•陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的对比以及九轴概念•测试讨论2013-1-28•陀螺仪发展及应用情况•MEMS陀螺仪基本原理•陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的对比以及九轴概念•测试讨论2013-1-282013-1-281850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault ）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。
•最初的陀螺仪主要用于航海，起稳定船体的作用，此时主要是二维陀螺仪；•后在航空、航天领域开始广泛的应用。
用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。
指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。
在这些应用中都是三维陀螺仪；•另外，在军事领域，陀螺仪也发挥着重要作用，例如炮弹的旋转、导弹的惯性导航系统，以提高击中－杀伤比•最开始用于航海、航空、航天的陀螺仪都是机械式的，到了现代，主要可以分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪、激光陀螺仪，现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺”，只是在功能上与传统的机械陀螺仪同样罢了2013-1-282013-1-28现在广泛使用的MEMS （微机械）陀螺可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。
并且MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： 1、体积小、重量轻，适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等； 2、低成本； 3、更高可靠性，内部无转动部件，全固正是以上一些优点，使得MEMS Gyroscope在消费电子产品上的应用成为可能2013-1-282013-1-28•游戏、运动•盲区导航2013-1-28•更酷更炫的UI界面2013-1-28•陀螺仪发展及应用情况•MEMS陀螺仪基本原理•陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的对比以及九轴概念•测试讨论2013-1-28敏感元件（质量块或质量片）在激励模态下振动，沿垂直于振动方向的对称轴施加角速度，在科里奥利力（ Coriolis force ）的作用下，质量块将在三维空间的另一个方向上以敏感模态的固有频率振动，幅度与角速度大小成正比，相位与角速度方向有关。
由敏感模态的振动就可以知道角速度。
传统的陀螺仪则主要是利用角动量守恒原理2013-1-28科里奥利力是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。
科氏力来自于物体运动所具有的惯性，在旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性的作用，有沿着原有运动方向继续运动的趋势，但是由于体系本身是旋转的，在经历了一段时间的运动之后，体系中质点的位置会有所变化，而它原有的运动趋势的方向，如果以旋转体系的视角去观察，就会发生一定程度的偏离。
2013-1-28当一个质点相对于惯性系做直线运动时相对于旋转体系，其轨迹是一条曲线。
若以旋转体系作为参照物，可以认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线，这个力就是科里奥利力。
从物理学的角度考虑，科里奥利力与离心力一样，都不是真实存在的力，而是惯性作用在非惯性系内的体现2013-1-282013-1-28其中，ω为圆盘转动的角速度矢量；υ为质点的径向速度值； r0为质点的径向运动方向矢量物体在圆盘上没有径向运动或是圆盘没有旋转，科里奥利力就不会产生科里奥利加速度计算公式•如本节最开始所述，MEMS陀螺仪的设计和工作原理可能各种各样，但是主要都采用振动部件传感角速度的概念。
•绝大多数的MEMS陀螺仪依赖于相互正交的振动（径向运动）和转动（圆盘的旋转）引起的交变科里奥利力•陀螺驱动主要采用静电、电磁、压电等方法，并采用电容、压阻、压电等方法来检测振动结构上科里奥利力引起的振动2013-1-28振动陀螺的动力学系统的简单结构示意图该系统为2-D的振动系统，有两个正交的振动模态。
其中一个振动模态为质量块在x方向振动，振动频率为Fx。
另一个振动模态为质量块在y方向振动，振动频率为Fy。
Fx 与Fy的值比较接近。
工作时，驱动质量块，使之在x轴上以驱动频率振动，如果振动系统以角速度ω绕Z轴转动，则会产生一个沿Y轴方向的科里奥利力，从而使得质量块在Y轴方向上产生振动响应，通过测试Y轴方向的运动就能完成角速度的检测。
2013-1-28没有施加角速度时，在驱动电路作用下做“水平”面内的振动沿对称轴施加角速度时，在科氏力作用下做“垂直”面内的振动2013-1-282013-1-28xyzABA ′B ′xzyA ′cF xzycF cF (No Angular rate)(Angular rate applied)Capacitance variation due to angular rate applied is read by the electronic interfaceDriving capacitive platesDriving massSensing mass2013-1-28AMP MIX LPFFlashTrimming CircuitryAMP MIX LPFOptional HP/LP filteringOptional Optional HP/LP filteringΩXΩYX axisamplified outputY axisamplified outputGAINGAINDrive mass Reading chainVGAPLLPhase GeneratorDriving CircuitryDrive mass movem . readingDrive mass movem . actuationX axis sensingY axis sensingRotor driving•要实现3轴角速度检测通常有两个方式，一是利用3个sensor，这个比较简单：2013-1-28•另外一个是只需要一个sensor，相对比较复杂，下面是网络上对这个技术的推测：在普通陀螺仪具备的圆盘状铅锤的内侧，又增加了用于检测Z轴角速度的铅锤2013-1-28•陀螺仪发展及应用情况•MEMS陀螺仪基本原理•陀螺仪与加速度传感器、磁力计的对比以及九轴概念•测试讨论2013-1-28加速度传感器•主要用于线性加速度及倾斜度测量，还可以通过计算得出速度、相对距离等信息•不能区分重力加速度和其它加速度；•线性距离通过综合计算得出，只是相对距离，存在累积误差磁力计（E-compass）•测量地磁场，并通过磁场的变化得出方向的绝对值•易受其它磁场的干扰；•需要倾角补偿2013-1-28陀螺仪•测量旋转率（角速度）的绝对值，综合计算可得出相对旋转角度；•快速、精确；•不受线性加速度及周围磁场的影响•相对的旋转角度在长时间使用后，存在累积误差2013-1-28综合加速度传感器、磁力计以及陀螺仪的优缺点，目前较好的做法是：利用加速度传感器（三轴）、陀螺仪（三轴）进行动作、姿势的检测，使用磁力计（三轴）对累积误差做修正，即称为九轴。
•简单地说，就是利用三个传感器，扬长避短，更好的检测运动方式、运动轨迹2013-1-28•陀螺仪发展及应用情况•MEMS陀螺仪基本原理•陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的对比•测试讨论2013-1-28•加速度传感器测试•磁力计测试2013-1-28•陀螺仪测试角速度：•MPU3050能测量的最大角速度为： ± 250、500、1000、2000°/S，精度±2％•测试方法讨论：•如何产生速度可调，精度优于±2％，且平滑的角速度；–步进电机：振动对测试结果的影响•如何测试X、Y、Z三个轴各自的角速度；•如何模拟实际使用环境–三维空间任意角度的转动2013-1-28•角度：•角度由角速度经过综合计算得出•整机转动一个已知的角度，陀螺仪上报是否准确–三维空间里如何任意转动一个已知角度？–其它2013-1-28•抖动•固定角速度或角度下，陀螺仪每次上报的数据可能不同•连续测量1000个值，统计其方差或绘制分布图–对测试设备要求更高，特别是角速度的稳定性；–分布图越集中越好2013-1-28•用户体验•抖动–与上一页测试结果相关•反应速度–能检测到的最大角速度–九轴算法–应用本身–整机系统速度•对测量角度的精度要求不高？2013-1-28•可靠性–设计时•PCB布局–SMT•贴板、分板–测试•工作稳定性；•QE环境实验，微跌、跌落、振动–用户使用•长时间；•不确定环境2013-1-28•android开放系统带来的兼容性问题–坐标问题•机器的传感器坐标、显示坐标，第三方应用的参考坐标•目前网络上适用于手机的应用居多，因坐标不同而不能兼容（考虑有无必要仿照视频测试，做兼容性测试）–显示屏分辨率差距大，体验不佳•匮乏基于陀螺仪的应用–器件新–如何淋漓尽致的发挥其特点，还需要想象力随着平板电脑的迅速发展，正不断改善2013-1-28THE END 2013-1-28。