前文我們大致了解陀螺儀的來歷，原理和種類，那么，它與我們的日常生活有怎樣的關(guān)系呢？

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控制系統(tǒng)中的一個敏感元件，即可作為信號傳感器。

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，以便駕駛員或用自動導(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，陀螺儀器能夠為地面設(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)。

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。

陀螺儀在航空飛行領(lǐng)域的應(yīng)用

由于各種電子設(shè)備和電腦控制的高科技發(fā)展，各種現(xiàn)代飛機(jī)的設(shè)計大多數(shù)都是靜不穩(wěn)定的，必須利用電子設(shè)備和電腦來輔助控制來使飛機(jī)取得良好的飛行控制。

這種飛機(jī)單純依靠飛行員手指來控制難度會加大。飛機(jī)雖然仍能飛行，但是會出現(xiàn)不同程度的搖晃不定，總是處于一種不穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。有時重心設(shè)定的不太準(zhǔn)確，稍微有差別，也會使飛機(jī)飛行不太穩(wěn)定。

空中有各種亂流，也會使飛機(jī)飛行不夠穩(wěn)定，這時就使用陀螺儀增穩(wěn)，飛機(jī)就會一直平穩(wěn)的飛行，讓飛行員感覺更容易操控飛機(jī)，做出各種動作也更加標(biāo)準(zhǔn)。

陀螺儀讓飛行員感覺最明顯的是降落的時候，而最需要陀螺儀幫助的也是飛機(jī)的降落。因為降落的飛機(jī)由于速度較慢，臨近失速點，這時更容易受風(fēng)的影響而導(dǎo)致機(jī)翼上下晃動，這時就要不斷的用手指去調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)使其保持水平不變而逐步下降高度，很多新手飛行員有時修正過多，飛機(jī)就會產(chǎn)生更大的晃動，很容易進(jìn)入失速而導(dǎo)致降落失敗。

但是如果將陀螺儀打開增穩(wěn)狀態(tài)，由于陀螺儀的傳感器非常敏感，機(jī)翼稍微有輕微下壓，陀螺儀立即發(fā)出指令讓打副翼讓飛機(jī)回平，這個過程發(fā)生的很快，以至于你都可能看不到機(jī)翼下壓就已經(jīng)被陀螺儀修正了。所以你將會看到飛機(jī)總是非常平穩(wěn)的保持水平不變而逐步下降高度，對飛行員有很大的幫助。

對戰(zhàn)斗機(jī)飛行員來說，陀螺儀的鎖定功能將會大大的增加飛行樂趣。比如在戰(zhàn)機(jī)超低空倒飛通場情況下，飛機(jī)性能較好或者調(diào)整得當(dāng)時，通常在正飛狀態(tài)下，即使不動升降舵飛機(jī)也能保持正飛。但是飛機(jī)倒飛時通常要稍微推升降舵才能保持倒飛，如果不是技術(shù)極其高超，手指很難保持推舵的舵量不變使飛機(jī)在倒飛狀態(tài)下保持飛機(jī)一直在同一直線倒飛。

這就是為什么大多數(shù)人敢做超低空正飛通常而不敢做超低空倒飛通場，或者正飛通場敢做的很低而倒飛通常不敢做的很低，因為正飛的時候手指可以不動升降舵飛機(jī)都能保持直線飛行，而倒飛的時候手指要一直推著舵面，飛機(jī)速度快且高度低，手指稍微移動就可能觸地炸雞。這是使用陀螺儀的鎖定狀態(tài)，就變得非常容易了。

因為在倒飛狀態(tài)下，陀螺儀會自動鎖定倒飛的姿態(tài)，升降舵操縱桿回中不動，陀螺儀都會自動將飛機(jī)一直保持直線倒飛狀態(tài)，而不用擔(dān)心手指推舵的舵量是否準(zhǔn)確。那么你就可以放心的在跑道遠(yuǎn)端操控飛機(jī)進(jìn)入超低空倒飛通場狀態(tài)，然后可以不用怎么操控，飛機(jī)也能一直保持超低空倒飛通場了。?

陀螺儀在車載導(dǎo)航設(shè)備中的應(yīng)用

車載導(dǎo)航是通過接受GPS衛(wèi)星信號定位成功后，確定目標(biāo)再根據(jù)導(dǎo)航軟件自帶數(shù)據(jù)庫規(guī)劃路線，然后進(jìn)行導(dǎo)航。因為GPS需要車載導(dǎo)航系統(tǒng)在同步衛(wèi)星的直接視線之內(nèi)才能工作，所以隧道、橋梁、或是高層建筑物都會擋住這直接視線，使得導(dǎo)航系統(tǒng)無法工作。

再者，導(dǎo)航系統(tǒng)是利用三角、幾何的法則來計算汽車位置的，所以汽車至少要同時在三個同步衛(wèi)星的視線之下，才能確定位置。在導(dǎo)航系統(tǒng)直接視線范圍內(nèi)的同步衛(wèi)星越多，定位就越準(zhǔn)確。

當(dāng)然，大多數(shù)的同步衛(wèi)星都是在人口密集的大都市的上空，所以當(dāng)你遠(yuǎn)離城區(qū)時，導(dǎo)航系統(tǒng)的效果就不會太好了甚至根本就不能工作。這就是所謂的“導(dǎo)航盲區(qū)”。

針對這個問題，有導(dǎo)航廠商尋找到了解決之道，而實現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航的奧妙在于一個小東西——陀螺儀。

當(dāng)陀螺儀應(yīng)用到車載導(dǎo)航上，便大幅度提升了導(dǎo)航的精準(zhǔn)度，它的作用體現(xiàn)在：

1、陀螺儀能在GPS信號不好時能繼續(xù)發(fā)揮導(dǎo)航的作用并修正GPS定位不準(zhǔn)的問題

在GPS信號不好時，陀螺儀可根據(jù)已獲知的方位、方向和速度來繼續(xù)進(jìn)行精確導(dǎo)航，這也是慣性導(dǎo)航技術(shù)的基本原理。同時也可修正GPS信號不好時定位偏差過大的問題。

2、陀螺儀能比GPS提供更靈敏準(zhǔn)確的方向和速度

GPS是無法即時發(fā)現(xiàn)車子速度和方向的改變的，要等跑了一段距離之后才能測出，因此當(dāng)你車子在非導(dǎo)航情況下轉(zhuǎn)變了方向后，就會出現(xiàn)小陳那樣的狀況，導(dǎo)航就無法辨識你車子的轉(zhuǎn)向，結(jié)果把方向?qū)уe了。而陀螺儀能夠在方向和速度改變的瞬間即時測出，從而能讓導(dǎo)航軟件及時的修改導(dǎo)航路線

3、陀螺儀在上立交橋時更靈敏準(zhǔn)確的識別

民用GPS的精度是無法識別上沒上立交橋的，而陀螺儀卻可測出車子是否向上移動了，從而能讓導(dǎo)航軟件及時的修改導(dǎo)航路線。依靠GPS衛(wèi)星的信號導(dǎo)航和陀螺儀的慣性導(dǎo)航，有效提高了導(dǎo)航精準(zhǔn)度，即使在失去GPS信號后，系統(tǒng)仍能通過自主推算來繼續(xù)導(dǎo)航，為車主提供準(zhǔn)確的行駛指示。

陀螺儀在無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是其最主要的組成部分之一，而姿態(tài)的穩(wěn)定控制，則是對無人機(jī)順利執(zhí)行各項任務(wù)的有效方法。在目前的無人機(jī)實際制造與應(yīng)用中，有的無人機(jī)產(chǎn)品是基于三軸陀螺儀和傾角傳感器，來構(gòu)成全姿態(tài)增穩(wěn)控制系統(tǒng)的。

無人機(jī)姿態(tài)增穩(wěn)控制屬于內(nèi)回路控制，它包括姿態(tài)保持與控制、速度控制等模式。內(nèi)回路控制是在以三軸陀螺儀和傾角傳感器獲取無人機(jī)飛行姿態(tài)的基礎(chǔ)上，通過對升降舵、方向舵的控制，完成飛行姿態(tài)的穩(wěn)定與控制。

其中，三軸陀螺儀主要用來測量無人機(jī)在飛行過程中俯仰角、橫滾角和偏航角的角速度，并根據(jù)角速度積分計算角度的改變。而一般采用雙軸傾角傳感器，與三軸陀螺儀構(gòu)成全姿態(tài)增穩(wěn)控制回路。

陀螺儀測量得到的角速度信息用作增穩(wěn)反饋控制，使飛機(jī)操縱起來變的更“遲鈍”一些，從而利用傾角傳感器測得飛機(jī)橫滾角和俯仰角。然后將陀螺儀測得的角速率信息和傾角傳感器測得的姿態(tài)角進(jìn)行捷聯(lián)運算，得到融合后的姿態(tài)信息。這種較為復(fù)雜的捷聯(lián)算法，能夠使姿態(tài)精度得到很大提高。

陀螺儀在照相/攝相領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)我們拍視頻或拍照時，有沒有相過，通過一種裝置，保證你的“相機(jī)”固定在同一位置，無論你的手怎么歪斜，身體怎么抖，他都能保持手機(jī)的相對穩(wěn)定。我們都知道，只有當(dāng)手機(jī)或攝像機(jī)相對“穩(wěn)定”我們才能拍出精美的畫面或視頻。而能夠讓“穩(wěn)拍器”始終保持穩(wěn)定的核心秘密就是“加速度和陀螺儀”傳感器。

為什么說“加速度和陀螺儀”傳感器是自拍神器的核心秘密呢？因為穩(wěn)拍器的核心就是對“相機(jī)”姿態(tài)的檢測，然后根據(jù)“相機(jī)”的姿態(tài)變化實時的控制與“相機(jī)”連接的電機(jī)做相應(yīng)動作，只要電機(jī)控制的夠快，就能保證“相機(jī)”始終穩(wěn)定在固定位置。不管你的手左右晃動還是上下晃動，在穩(wěn)拍神器的控制下你的“相機(jī)”就會雷打不動，從而拍出穩(wěn)定的照片和畫面。?

穩(wěn)拍器的整體大致框架如下圖所示，其中橘黃色部分就是加速度和陀螺儀傳感器工作部分。

它將“攝像設(shè)備”的姿態(tài)反饋給中心MCU處理單元，中央MCU單元根據(jù)檢測到的“攝像設(shè)備”的姿態(tài)和運動情況，去控制電機(jī)做相應(yīng)的動作，電機(jī)動作使“攝像設(shè)備”保持穩(wěn)雷打不動的狀態(tài)，這樣拍出來的照片才更清楚，錄制的錄像才更穩(wěn)定。?

陀螺儀在智能手機(jī)中的應(yīng)用?

陀螺儀的使用距離我們最近的就是我們的手機(jī)，陀螺儀在手機(jī)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、導(dǎo)航。

陀螺儀自被發(fā)明開始，就用于導(dǎo)航，先是德國人將其應(yīng)用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機(jī)的導(dǎo)航能力將達(dá)到前所未有的水準(zhǔn)。

實際上，很多專業(yè)手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機(jī)上安裝了相應(yīng)的軟件，導(dǎo)航能力絕不亞于很多船舶、飛機(jī)上用的導(dǎo)航儀。

還可以實現(xiàn)GPS的慣性導(dǎo)航：當(dāng)汽車行駛到隧道或城市高大建筑物附近，沒有GPS訊號時，可以通過陀螺儀來測量汽車的偏航或直線運動位移，從而繼續(xù)導(dǎo)航。

2、可以和手機(jī)上的攝像頭配合使用，比如防抖，在拍照時的維持圖像的穩(wěn)定，防止由于手的抖動對拍照質(zhì)量的影響。在按下快門時，記錄手的抖動動作，將手的抖動反饋給圖像處理器，可以讓手機(jī)捕捉到更清晰穩(wěn)定的畫面。

3、各類游戲的傳感器，比如飛行游戲，體育類游戲，甚至包括一些第一視角類射擊游戲，陀螺儀完整監(jiān)測游戲者手的位移，從而實現(xiàn)各種游戲操作效果。有關(guān)這點，想必用過任天堂WII的網(wǎng)友會有很深的感受。

4、可以用作輸入設(shè)備，陀螺儀相當(dāng)于一個立體的鼠標(biāo)，這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似，甚至可以認(rèn)為是一種類型。通過小幅度的傾斜，偏轉(zhuǎn)手機(jī)，實現(xiàn)菜單，目錄的選擇和操作的執(zhí)行。(比如前后傾斜手機(jī)，實現(xiàn)通訊錄條目的上下滾動;左右傾斜手機(jī)，實現(xiàn)瀏覽頁面的左右移動或者頁面的放大或縮小。

5、也是未來最有前景和應(yīng)用范圍的用途。那就是可以幫助手機(jī)實現(xiàn)很多增強(qiáng)現(xiàn)實的功能。增強(qiáng)現(xiàn)實是才冒出的概念，和虛擬現(xiàn)實一樣，是計算機(jī)的一種應(yīng)用。大意是可以通過手機(jī)或者電腦的處理能力，讓人們對現(xiàn)實中的一些物體有更深入的了解。

如果大家不理解，舉個例子，前面有一個大樓，用手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)它，馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關(guān)參數(shù)，比如樓的高度，寬度，海拔，如果連接到數(shù)據(jù)庫，甚至可以得到這座大廈的物主、建設(shè)時間、現(xiàn)在的用途、可容納的人數(shù)等。

陀螺儀最新技術(shù)簡介和發(fā)展趨勢

目前，陀螺儀技術(shù)正在由傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)子陀螺向以光學(xué)陀螺儀為代表的新型陀螺儀轉(zhuǎn)變，下面再簡要介紹幾種處在技術(shù)領(lǐng)域前沿的新型陀螺儀技術(shù)，希望能夠幫助讀者開闊視野，了解到國外陀螺儀技術(shù)的最新發(fā)展。

氦-氖環(huán)形激光陀螺儀

相比傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)子陀螺儀，主要優(yōu)點是無機(jī)械轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)簡單(少于20個部件)，抗振動性能好，啟動快，可靠性高，數(shù)字輸出。

此外，一些研究人員還提出用固態(tài)增益介質(zhì)替換氦-氖氣體，能夠使陀螺儀的工作壽命更長、成本更低和制造更簡單，這種陀螺也被稱為固態(tài)環(huán)形激光陀螺儀(固態(tài)RLG)。

目前，基于氦-氖環(huán)形激光陀螺儀的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航空和航海導(dǎo)航、戰(zhàn)略導(dǎo)彈的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制領(lǐng)域，成為主要的高性能陀螺儀之一。?

光纖陀螺儀

從20世紀(jì)60年代開始，美國海軍研究辦公室希望發(fā)展一種比氦-氖環(huán)形激光陀螺儀的成本更低、制造流程更簡單、精度更高的光纖角速度傳感器，也就是俗稱的光纖陀螺。

目前，最為常見的光纖陀螺儀是相敏光纖陀螺儀，通過測量在一個光纖線圈中的兩束反向傳播光束的相移以敏感載體轉(zhuǎn)動，從而計算出其角速率。

因此，光纖陀螺儀的精度主要取決于其采用的光纖種類和光電檢測系統(tǒng)，偏值一般處于0.001度/時-0.0002度/時之間。現(xiàn)在，光纖陀螺儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于魚雷、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、潛艇和航天器等。

集成光學(xué)陀螺儀

隨著集成光路的發(fā)展，可在單塊芯片上實現(xiàn)非常復(fù)雜的功能，可以將幾毫米直徑的集成環(huán)形腔激光器、光電檢測電路都集成在同一芯片上，作為集成光學(xué)陀螺儀的敏感元件，這樣可以大大減小現(xiàn)有光學(xué)陀螺儀的質(zhì)量和尺寸，降低成本和功耗，更好地控制熱效應(yīng)，增加可靠性，因此利用集成光學(xué)技術(shù)制造的光學(xué)陀螺儀具有良好的發(fā)展前景。

目前，圍繞著集成環(huán)形腔激光器已經(jīng)展開了廣泛的研究，但是關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。

此外，包括核磁諧振和超流體等的尖端技術(shù)也已經(jīng)得到了驗證，未來也將在新型陀螺儀上得到應(yīng)用。

- END -

---

制造業(yè)的未來是智能化，智能化的基礎(chǔ)就是傳感器；互聯(lián)網(wǎng)的方向是物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的基石也是傳感器；

《傳感器技術(shù)》匯編了一套各種傳感器的基礎(chǔ)知識，介紹了各種傳感器的原理。

【點擊藍(lán)色標(biāo)題，獲取文章】

1、一文讀懂MEMS傳感器

2、一文深度了解MEMS傳感器的應(yīng)用場景

3、一文讀懂接近傳感器

4、一文深度了解接近傳感器的應(yīng)用場景

5、一文讀懂磁傳感器

6、一文深度了解磁傳感器的應(yīng)用場景

7、一文讀懂流量傳感器

8、一文讀懂壓力傳感器的原理及分類

9、一文深度了解壓力傳感器的誤差分析、選型需求、檢測方式、故障分析、補(bǔ)償技術(shù)...

10、一文深度了解壓力傳感器的應(yīng)用場景

11、一文讀懂加速度傳感器

12、一文深度了解加速度傳感器選型、安裝、排障...

13、一文深度了解加速度傳感器的應(yīng)用場景

14、一文讀懂超聲波傳感器

15、一文深度了解超聲波傳感器的應(yīng)用場景

16、一文讀懂位移傳感器

17、一文深度了解位移傳感器的應(yīng)用場景

18、一文讀懂光電傳感器

19、一文深度了解光電傳感器的應(yīng)用場景

20、一文讀懂光纖傳感器

21、一文深度了解光纖傳感器的應(yīng)用場景

22、一文讀懂溫濕度傳感器

23、一文深度了解溫濕度傳感器的應(yīng)用場景

24、一文讀懂圖像傳感器

25、一文讀懂汽車傳感器

26、一文深度了解圖像傳感器的應(yīng)用場景

27、一文讀懂生物傳感器

28、一文讀懂手機(jī)傳感器

29、一文讀懂霍爾傳感器

30、一文讀懂距離傳感器

31、一文讀懂醫(yī)用傳感器

32、一文深度了解激光測距傳感器的應(yīng)用場景

33、一文讀懂氧傳感器

34、一文深度了解紅外傳感器之熱成像儀的應(yīng)用場景

35、一文深度了解振動傳感器的應(yīng)用場景

36、一文讀懂角速度傳感器(陀螺儀)的應(yīng)用場景

為您發(fā)布產(chǎn)品，請點擊“閱讀原文”

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的gps导航原理与应用_一文读懂角速度传感器（陀螺仪）的应用场景的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。