关于ipod touch4内的陀螺仪原理

轻于鸿毛i 2024-05-28 11:52:44

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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**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）。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。**，火箭中也装有定向指示仪，起到自动导航的作用。在**前进的过程中，定向指示仪的轴线方向保持不变。当**因风浪等影响，前进方向改变时，**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**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**的工业，国防和其它高科技的发展具有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，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“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”。　　编辑本段手机方面的应用　　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： 20210311

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