一些第一視角類射擊游戲，用到陀螺儀，可以完整監測游戲者手的位移，從而實現各種游戲操作效果。

    實際上陀螺儀，又叫角速度傳感器，是用高速回轉體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置。

    同時，利用其他原理制成的角運動檢測裝置起同樣功能的裝置也稱陀螺儀。

陀螺儀的名字由來

    陀螺儀名字的來源具有悠久的歷史。

    據考證，1850年法國的物理學家萊昂·傅科（J.Foucault）為了研究地球自轉，首先發現高速轉動中地的轉子（rotor），由于它具有慣性，它的旋轉軸永遠指向一固定方向，因此傅科用希臘字 gyro（旋轉）和skopein（看）兩字合為“gyro scopei ”一字來命名該儀器儀表。

    最早的陀螺儀的簡易制作方式如下：即將一個高速旋轉的陀螺放到一個萬向支架上，靠陀螺的方向來計算角速度，簡易圖如下圖所示。

    其中，中間金色的轉子即為陀螺，它因為慣性作用是不會受到影響的，周邊的三個“鋼圈”則會因為設備的改變姿態而跟著改變。

    通過這樣來檢測設備當前的狀態，而這三個“鋼圈”所在的軸，也就是三軸陀螺儀里面的“三軸”，即X軸、y軸、Z軸

    三個軸圍成的立體空間聯合檢測各種動作，然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。

    因此一開始，陀螺儀的最主要的作用在于可以測量角速度。

陀螺儀的基本組成

    當前，從力學的觀點近似的分析陀螺的運動時，可以把它看成是一個剛體，剛體上有一個萬向支點，而陀螺可以繞著這個支點作三個自由度的轉動。

    所以陀螺的運動是屬于剛體繞一個定點的轉動運動，更確切地說，一個繞對稱軸高速旋轉的飛輪轉子叫陀螺。

    將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自轉軸有角轉動的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。

陀螺儀的基本部件有:

• 陀螺轉子（常采用同步電機、磁滯電機、三相交流電機等拖動方法來使陀螺轉子繞自轉軸高速旋轉，并見其轉速近似為常值）；

• 內、外框架（或稱內、外環，它是使陀螺自轉軸獲得所需角轉動自由度的結構）；

• 附件（是指力矩馬達、信號傳感器等）。

陀螺儀的工作原理

    陀螺儀偵測的是角速度。

    其工作原理基于科里奧利力的原理：

    當一個物體在坐標系中直線移動時，假設坐標系做一個旋轉，那么在旋轉的過程中，物體會感受到一個垂直的力和垂直方向的加速度。

    臺風的形成就是基于這個原理，地球轉動帶動大氣轉動，如果大氣轉動時受到一個切向力，便容易形成臺風，而北半球和南半球臺風轉動的方向是不一樣的。

    用一個形象的比喻解釋了科里奧利力的原理。

    具體來說，陀螺儀，是一個圓形的中軸的結合體。陀螺儀，是一種基于角動量守恒的理論，來感測與維持方向的裝置。陀螺儀主要是由一個位于軸心且可旋轉的轉子構成。由于轉子的角動量，陀螺儀一旦開始旋轉，即有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用于導航、定位等系統，一直是航空和航海上航行姿態及速率等最方便實用的參考儀表。

    而事實上，靜止與運動的陀螺儀本身并無區別，如果靜止的陀螺儀本身絕對平衡的話，拋除外在因素陀螺儀是可以不依靠旋轉便能立定的。

    而如果陀螺儀本身尺寸不平衡的話，在靜止下就會造成陀螺儀模型傾斜跌倒，因此不均衡的陀螺儀必然依靠旋轉來維持平衡。

    陀螺儀本身與引力有關，因為引力的影響，不均衡的陀螺儀，重的一端將向下運行，而輕的一端向上。

    而在旋轉中，陀螺儀如果遇到外力導致，陀螺儀轉輪某點受力。

    陀螺儀會立刻傾斜，而陀螺儀受力點的勢能如果低于陀螺儀旋轉時速，這時受力點，會因為陀螺儀傾斜，在旋轉的推動下，陀螺儀受力點將從斜下角，滑向斜上角。

    而在向斜上角運行時，陀螺儀受力點的勢能還在向下運行。

    這就導致陀螺儀到達斜上角時，受力點的剩余勢能將會將在位于斜上角時，勢能向下推動。

陀螺儀的作用

    這陀螺儀和重力傳感器有什么區別呢？

    區別很多，但最大的區別就是重力傳感對于空間上的位移感受維較少，能做到6個方向的感應就已經很不錯了，而陀螺儀則是全方位的。

    這很重要，毫不夸張的說，這兩者不是一個級別上的產品。

    可能看到這里，大家還是會覺得有些迷惑，既然陀螺儀很厲害，那么它在手機上到底有什么用呢？

• 第一大用途

    陀螺儀自被發明開始，就用于導航，先是德國人將其應用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機的導航能力將達到前所未有的水準。

    實際上，目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機上安裝了相應的軟件，其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。

• 第二大用途

    可以和手機上的攝像頭配合使用，比如防抖，這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。

• 第三大用途

    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，陀螺儀完整監測游戲者手的位移，從而實現各種游戲操作效果。

• 第四大用途

    可以用作輸入設備，陀螺儀相當于一個立體的鼠標，這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似，甚至可以認為是一種類型。

• 第五大用途

    未來最有前景和應用范圍的用途，那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。

陀螺儀的兩大動力特性

    陀螺儀最主要的基本特性：

• 定軸性（inertia or rigidity）

• 進動性（precession）

    這兩種特性都是建立在角動量守恒的原則下。

定軸性（inertia or rigidity）

    當陀螺轉子以高速旋轉時，在沒有任何外力矩作用在陀螺儀上時，陀螺儀的自轉軸在慣性空間中的指向保持穩定不變，即指向一個固定的方向；同時反抗任何改變轉子軸向的力量。

    這種物理現象稱為陀螺儀的定軸性或穩定性。

    其穩定性隨以下的物理量而改變：轉子的轉動慣量愈大，穩定性愈好；轉子角速度愈大，穩定性愈好。

進動性（precession）

    當轉子高速旋轉時，若外力矩作用于外環軸，陀螺儀將繞內環軸轉動；若外力矩作用于內環軸，陀螺儀將繞外環軸轉動。

陀螺儀的應用

陀螺儀在航天航空中的應用

    陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著科學技術的發展，它在航空和航天事業中也得到廣泛的應用。

    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中的一個敏感元件，即可作為信號傳感器。

    根據需要，陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號。

    以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行。

    在導彈、衛星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態控制和軌道控制。

    作為精密測試儀器，陀螺儀器能夠為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發射井等提供準確的方位基準。

    由此可見，陀螺儀器的應用范圍是相當廣泛的，它在現代化的國防建設和國民經濟建設中均占重要的地位。

陀螺儀在消費電子領域的創新應用

    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、鼠標、觸摸屏之后，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”，并提供相應的服務。

 

導航

    陀螺儀自被發明開始，就用于導航，先是德國人將其應用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機的導航能力將達到前所未有的水準。

    實際上，目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機上安裝了相應的軟件，其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。

相機防抖

    陀螺儀可以和手機上的攝像頭配合使用，比如防抖，這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。

提升游戲體驗

    各類手機游戲的傳感器，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，陀螺儀完整監測游戲者手的位移，從而實現各種游戲操作效果，如橫屏改豎屏、賽車游戲拐彎等等。

作為輸入設備

    陀螺儀還可以用作輸入設備，它相當于一個立體的鼠標，這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似，甚至可以認為是一種類型。

    同時，除了我們熟悉的智能手機以外，汽車上也用了很多微機電陀螺儀，在高檔汽車中，大約采用25至40只MEMS傳感器，用來檢測汽車不同部位的工作狀態，給行車電腦提供信息，讓用戶更好的控制汽車。