MEMS陀螺仪工作原理及创新应用

备输入的方式来说，在键盘、鼠标、触摸屏之后，陀螺仪又给我们带来了手势输入，由于它的高精度，甚至还可以实现电子签名；还比如让智能手机变得更智慧：除了移动上网、快速处理数据外，还能"察言观色"，知道主人在哪里，兴趣是什么，并提供相应的服务。除了以上几种，还有很多应用领域值得厂商们去探索。林尚宏推荐了下面几种创新的应用方式供参考。

1. 游戏

可通过陀螺仪实现高速游戏，如高尔夫、羽毛球和斗剑等。这些游戏要侦测到很快速的挥动，这对目前的加速度传感器来说，是很大__的挑战。"泰格•伍兹挥杆时，杆头在0.2s内达到180km/s的速度，这相当于瞬间的加速度达到11个重力加速度。现在面向消费电子类的加速度传感器测量范围达不到这么大。如果利用陀螺仪则可以精确地侦测到这个快速挥动，挥杆时杆头角速度约为1,800°/s，相当于1s挥5~6圈，这在陀螺仪角速度侦测范围内，因此可以很好地模拟出这个游戏的真实场景。"林尚宏表示。

另一种如射击类游戏要求设备保持不动，然后做很细微的调整后进行射击。这种游戏要求高精度和低干扰，现有的加速度传感器不能达到该要求。林尚宏举例说，"我们假设射击游戏的误差角度为±5°，换算给加速度传感器后，cos5°相当于3~4‰的重力加速度，现有的加速度传感器精度达不到这个量级，没法瞄准射击。陀螺仪可以侦测到很细微的手的抖动，干扰也很低，拿着10s不动时偏移才0.05°左右，很适合用于这种瞄准的游戏。"

2. 人机界面

在人机界面领域，陀螺仪也可以进行很好的创新。早在两三年前，罗技就在其鼠标上添加陀螺仪和加速度传感器实现指示器(激光笔)的功能。现在，通过陀螺仪，可以在消费电子产品上实现手势的输入，比如在空中写字，或者通过晃动、振荡等方式实现手势对设备功能的控制。陀螺仪对角速度的侦查很精准，甚至还可以实现识别签名等生物特征，因此可以用手势签信用卡、支票，实现E Cash的应用。"手势控制的另一个好处是可以为消费电子省电。当你依靠手势进行某些功能的控制时，不需要开启屏幕背光。例如打电话给爸爸，握着手机在空中写一个‘D’，手机就自动拨号给爸爸，而不需点亮屏幕进行拨号，这种方式可以大大节省屏幕背光的耗电量。"林尚宏补充道。

3. 定位功能

利用陀螺仪可以对GPS和电子罗盘进行补充。例如在隧道或停车场等地，GPS会丢失信号，这时陀螺仪可以根据车子运动的方向和速度，辅助盲区导航；在立交桥等立体道路上，GPS无法识别汽车在哪一层，陀螺仪则可以通过侦测到汽车上坡的动作，根据速度推算汽车到了第几层。盲区导航功能如果用加速度传感器来实现，需要先去除重力加速度，测得线性加速度，再根据车速推算车的行径轨迹，运算起来比较复杂；而如果用电子罗盘来实现盲区导航时，则容易出现漂移，需要对导航仪画"8"字形进行校正，从而识别和去掉杂磁。这个校正的动作对司机来说很不方便，但如果配合陀螺仪使用，则可以在很小的位移范围内快速实现电子罗盘的校正。

除了汽车导航外，还可以通过陀螺仪实现行人盲区导航。不过林尚宏指出，行人的盲区导航比车子的盲区导航更难，因为车子的运行相对简单，而行人将设备放在不同位置时测得的数据相差很大，例如放腰部和放腿部检测到的信号跳动不一样，需要传感器滤波。实现行人的盲区导航是一项浩大的工程，目前还正在探讨过程中。

4. 影像防手震

目前有两种实现方式，一是EIS(电子防手震)，另一种是OIS(光学防手震)。陀螺仪目前已经被广泛使用在了EIS上，通过两轴陀螺仪检测到手震动，快速实现几次重复拍照，然后把手震动前后拍下的照片中影像重复的地方切下来。如果配合电子罗盘使用，还可以做到绝对位置的修正。"用陀螺仪实现防手震有很多好处，比如精确，使得图片叠加的质量更好；陀螺仪检测到的是摄像头本身的震动，可以与物体的震动区分开来，避免误操作；同时还可以与其他传感器做配合等。"林尚宏指出。姜正耀则表示，影像防抖动的功能即将被应用到手机中去。"陀螺仪应用在游戏机中时，只需要6%的精度就够用，而手机需要的精度高很多。Invensense现在有1%精度的产品供手机使用，在2011年上半年，就将有实现了影像防抖动技术的手机面市。"他介绍道。当手机借助陀螺仪实现了EIS之后，对可视电话功能有很大的帮助。因为影像抖动时，数据量很大，陀螺仪对影像进行防抖处理后数据量将大幅减少，再传输时既可以节省无线带宽，又可提高帧幅，从而优化视频的清晰度和流畅度