MEMS陀螺儀并不是最早應用在消費電子上的運動傳感器，加速度傳感器、電子羅盤早先一步進入了消費電子市場。雖然以重力為參照的加速度傳感器和以地磁為參照的電子羅盤可以在地球表面形成垂直和水平面的三維空間覆蓋，但因為二者均以地球而并非物體本身為參照物，因此不能很好地模拟物體的整個運動過程。此外，由于加速度傳感器容易受到線性運動時産生的力的幹擾、電子羅盤容易受到諸如金屬及手機等其他磁場的幹擾，其應用受到了很大的局限。陀螺儀這個測量角速度的傳感器不僅以物體本身作為參照物，而且具有很高的精度，因此可以對其他運動傳感器做有益的補充，從而使得運動檢測更加完備。

任天堂的Wii最初采用了三軸(X、Y、Z)加速度傳感器，後來又增加了陀螺儀。任天堂早就知道光有三軸加速度傳感器是不夠的。隻是當時市面上還沒有消費電子級别的陀螺儀可以使用，直到Invensense推出了第一款用于消費電子的MEMS陀螺儀。這一情況也發生在了蘋果CEO喬布斯的身上。在2010年6月iPhone 4的發布會上，喬布斯親自演示了陀螺儀帶來的偵測出物體水平方向旋轉的創新應用—這一應用是單獨基于其他運動傳感器無法實現的。因此，通過了解陀螺儀的工作原理，我們可以切身體會到任天堂和蘋果對陀螺儀曾經的企盼，而且也可以幫助國内的消費電子終端廠商巧妙地應用該器件以實現多樣化的創新應用。

MEMS陀螺儀工作原理模拟圖示

加速度傳感器和電子羅盤以地球為參照物進行方向的偵測。加速度傳感器偵測物體和重力角度的差異，電子羅盤偵測物體和北方角度的差異，如果偵測到地心和北方，就能定三軸。但是加速度傳感器不光偵測重力，所有各個方向的力都會被偵測到；而電子羅盤偵測的磁場會被其他磁場所幹擾。因此二者在檢測物體運動時，有很多不足的地方。陀螺儀的參照物是自己本身，因此可以偵測出物體轉換位置的過程。如果物體平放不動的時候，則隻要使用加速度傳感器或電子羅盤就夠了。通過上述原理，我們可以把幾種傳感器配合使用，比如相互做精度校正，或一起完備地偵測出物體的運動方向和軌迹等。

表一：常見傳感器使用概況與分析

陀螺儀開啟消費電子創新應用

陀螺儀的出現，給了消費電子很大的應用發揮空間。比如就設備輸入的方式來說，在鍵盤、鼠标、觸摸屏之後，陀螺儀又給我們帶來了手勢輸入，由于它的高精度，甚至還可以實現電子簽名；還比如讓智能手機變得更智慧：除了移動上網、快速處理數據外，還能“察言觀色”，知道主人在哪裡，興趣是什麼，并提供相應的服務。

1. 遊戲

可通過陀螺儀實現高速遊戲，如高爾夫、羽毛球和鬥劍等。這些遊戲要偵測到很快速的揮動，這對目前的加速度傳感器來說，是很大的挑戰。“泰格•伍茲揮杆時，杆頭在0.2s内達到180km/s的速度，這相當于瞬間的加速度達到11個重力加速度。現在面向消費電子類的加速度傳感器測量範圍達不到這麼大。如果利用陀螺儀則可以精确地偵測到這個快速揮動，揮杆時杆頭角速度約為1,800°/s，相當于1s揮5~6圈，這在陀螺儀角速度偵測範圍内，因此可以很好地模拟出這個遊戲的真實場景。”

另一種如射擊類遊戲要求設備保持不動，然後做很細微的調整後進行射擊。這種遊戲要求高精度和低幹擾，現有的加速度傳感器不能達到該要求。舉例說，“我們假設射擊遊戲的誤差角度為±5°，換算給加速度傳感器後，cos5°相當于3~4‰的重力加速度，現有的加速度傳感器精度達不到這個量級，沒法瞄準射擊。陀螺儀可以偵測到很細微的手的抖動，幹擾也很低，拿着10s不動時偏移才0.05°左右，很适合用于這種瞄準的遊戲。”

2. 人機界面

在人機界面領域，陀螺儀也可以進行很好的創新。早在兩三年前，羅技就在其鼠标上添加陀螺儀和加速度傳感器實現指示器(激光筆)的功能。現在，通過陀螺儀，可以在消費電子産品上實現手勢的輸入，比如在空中寫字，或者通過晃動、振蕩等方式實現手勢對設備功能的控制。陀螺儀對角速度的偵查很精準，甚至還可以實現識别簽名等生物特征，因此可以用手勢簽信用卡、支票，實現E Cash的應用。“手勢控制的另一個好處是可以為消費電子省電。當你依靠手勢進行某些功能的控制時，不需要開啟屏幕背光。例如打電話給爸爸，握着手機在空中寫一個‘D’，手機就自動撥号給爸爸，而不需點亮屏幕進行撥号，這種方式可以大大節省屏幕背光的耗電量。”

3. 定位功能

利用陀螺儀可以對GPS和電子羅盤進行補充。例如在隧道或停車場等地，GPS會丢失信号，這時陀螺儀可以根據車子運動的方向和速度，輔助盲區導航；在立交橋等立體道路上，GPS無法識别汽車在哪一層，陀螺儀則可以通過偵測到汽車上坡的動作，根據速度推算汽車到了第幾層。盲區導航功能如果用加速度傳感器來實現，需要先去除重力加速度，測得線性加速度，再根據車速推算車的行徑軌迹，運算起來比較複雜；而如果用電子羅盤來實現盲區導航時，則容易出現漂移，需要對導航儀畫“8”字形進行校正，從而識别和去掉雜磁。這個校正的動作對司機來說很不方便，但如果配合陀螺儀使用，則可以在很小的位移範圍内快速實現電子羅盤的校正。

除了汽車導航外，還可以通過陀螺儀實現行人盲區導航。不過行人的盲區導航比車子的盲區導航更難，因為車子的運行相對簡單，而行人将設備放在不同位置時測得的數據相差很大，例如放腰部和放腿部檢測到的信号跳動不一樣，需要傳感器濾波。實現行人的盲區導航是一項浩大的工程，目前還正在探讨過程中。

4. 影像防手震

目前有兩種實現方式，一是EIS(電子防手震)，另一種是OIS(光學防手震)。陀螺儀目前已經被廣泛使用在了EIS上，通過兩軸陀螺儀檢測到手震動，快速實現幾次重複拍照，然後把手震動前後拍下的照片中影像重複的地方切下來。如果配合電子羅盤使用，還可以做到絕對位置的修正。“用陀螺儀實現防手震有很多好處，比如精确，使得圖片疊加的質量更好；陀螺儀檢測到的是攝像頭本身的震動，可以與物體的震動區分開來，避免誤操作；同時還可以與其他傳感器做配合等。”影像防抖動的功能即将被應用到手機中去。“陀螺儀應用在遊戲機中時，隻需要6%的精度就夠用，而手機需要的精度高很多。

此外，還可以實現計步器應用，以及通過攝像頭将設備的運動和實景相結合等應用。

表二：傳感器在消費電子中的應用

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