标签: 陀螺仪

作为一门新兴的动作捕捉技术，惯性动捕的出现，打破了光学动捕占据市场绝对主导的行业格局，被视为动作捕捉界的新生力量。基于惯性传感器系统的动作捕捉技术是一项融合了传感器技术、无线传输、人体动力学、计算机图形学等多种学科的综合性技术，技术门槛要求很高。虽然惯性动作捕捉技术出现的时间并不长，但随着它在各行业中的使用，其卓越的性能很快就显示出来了。 惯性动作捕捉，是一种新型的人体动作捕捉技术，它用无线动作姿态传感器采集身体部位的姿态方位，利用人体运动学原理恢复人体运动模型，同时采用无线传输的方式将数据呈现在电脑软件里。 惯性动作捕捉系统出现之前，最常见的是光学动捕技术。它是通过在演员身上贴 marker 点，然后用高速摄像机来捕捉 marker 点的准确位移，再将捕捉数据传输到电脑设备上，由此完成动作捕捉的全过程。光学动捕的整套设备的成本极为昂贵，架设繁琐，易受遮挡或光干扰的影响，给后期处理工作带来很多麻烦。对于一些遮挡严重的动作来说，光学动捕无法准确实时还原例如下蹲、拥抱、扭打等动作。而基于惯性传感器系统的动作捕捉技术的出现，大大改善了这一现状。 和光学动捕技术相比，惯性动作捕捉技术有着对捕捉环境的高适应性，它的技术优势、成本优势和使用便捷的优势，使得它在各行业有着优异的表现。在影视动画、体验式互动游戏、虚拟演播室、真人模拟演练、体育训练、医疗康复等领域，惯性动作捕捉系统都有着明显优于其他设备的特点。 惯性式动作捕捉系统原理 动作捕捉系统的一般性结构主要分为三个部分：数据采集设备、数据传输设备、数据处理单元，惯性式动作捕捉系统即是将惯性传感器应用到数据采集端，数据处理单元通过惯性导航原理对采集到的数据进行处理，从而完成运动目标的姿态角度测量。 在运动物体的重要节点佩戴集成加速度计，陀螺仪和磁力计等惯性传感器设备，传感器设备捕捉目标物体的运动数据，包括身体部位的姿态、方位等信息，再将这些数据通过数据传输设备传输到数据处理设备中，经过数据修正、处理后，最终建立起三维模型，并使得三维模型随着运动物体真正、自然地运动起来。 经过处理后的动捕数据，可以应用在动画制作，步态分析，生物力学，人机工程等领域。 加速度计，陀螺仪和磁力计在惯性动作捕捉系统中的作用 加速计是用来检测传感器受到的加速度的大小和方向的，它通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（ XYZ ），但用来测量设备相对于地面的摆放姿势，则精确度不高，该缺陷可以通过陀螺仪得到补偿。 陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。它的强项在于测量设备自身的旋转运动，但不能确定设备的方位。而又刚好磁力计可以弥补这一缺陷，它的强项在于定位设备的方位，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。 在动作捕捉系统中，陀螺仪传感器用于处理旋转运动，加速计用来处理直线运动，磁力计用来处理方向。通俗易懂地讲——陀螺仪知道“我们是否转了身”，加速计知道“我们运动多长距离”，而磁力计则知道“我们的运动方向”。 在动作捕捉系统中三种传感器充分利用各自的特长，来跟踪目标物体的运动。 惯性动作捕捉技术的优势 技术优势 惯性式动作捕捉系统采集到的信号量少，便于实时完成姿态跟踪任务，解算得到的姿态信息范围大、灵敏度高、动态性能好；对捕捉环境适应性高，不受光照、背景等外界环境干扰，并且克服了光学动捕系统摄像机监测区域受限的缺点；克服了 VR 设备常有的遮挡问题，可以准确实时地还原如下蹲、拥抱、扭打等动作。此外，惯性式动作捕捉系统还可以实现多目标捕捉。 使用便捷的优势 使用方便，设备小巧轻便，便于佩戴。 成本优势 相比于光学动作捕捉成本低廉，使得其不但可以应用于影视、游戏等行业，也有利于推动 VR 设备更快地走进大众生活。 总的来说，惯性式动作捕捉技术有着对捕捉环境的高适应性，它的技术优势、成本优势和使用便捷的优势，使得它在影视动画、体验式互动游戏、虚拟演播室、真人模拟演练、体育训练、医疗康复等领域都有着优异的表现。 惯性式动作捕捉系统的劣势及解决 一般情况下惯性式动作捕捉系统采用 MEMS 三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计组成的惯性测量单元（ IMU ， Inertial Measurement Unit ）来测量传感器的运动参数。而由 IMU 所测得的传感器运动参数有严重噪声干扰， MEMS 器件又存在明显的零偏和漂移，惯性式动作捕捉系统无法长时间地对人体姿态进行精确的跟踪。只有解决了这一个问题，才能使惯性式动作捕捉系统在 VR 行业充分发挥作用。 针对惯性捕捉技术劣势的解决方案 首先对 IMU 所测得的传感器运动数据做预处理，滤掉原始惯性数据中掺杂的噪声干扰； 然后不断地进行标定和校准，即不断地对各惯性器件进行相应的补偿以解决 MEMS 器件的零偏和漂移，提高其数据的精确度和可靠程度； 接下来在进行姿态解算，并利用姿态参考系统验证姿态角度数据的精确度，最终实现整个惯性式动作捕捉。 此外，与之不同的是，国内的 G-Wearables 则采用 IK+ 室内定位技术做主动作捕捉算法，使用惯性式动作捕捉做辅助算法。这套方案中利用室内定位技术对惯性式动作捕捉技术做实时校准，避免了不断校准的麻烦。 IK 算法 IK 是 Inverse Kinematics 的缩写，即反向运动学。在人体分层结构中，关节和骨骼实际构成了运动链，比如肩关节、肘关节、腕关节及其子骨骼就是一条运动链，是整个人体运动链上的一条分支，身体即是利用运动链对运动进行控制。运动分为正向运动和反向运动。已知链上各个关节旋转角，求各关节的位置信息和末端效应器 (end effector) 的位置信息，这是正向运动学的问题；而己知末端效应器的位置信息，反求其祖先关节的旋转角和位置，这是就是反向运动学。 反向运动学根据决定运动的几个主关节最终角度确定整个骨架的运动，通常用于环节物体，由不同运动约束的关节连接成环节构成的分级结构骨架。分级结构骨架由许多采用分级方式组的环节链构成，包括分级结构关节或链，运动约束和效应器，由效应器带动所有部分同时运动。但必须遵循特定的等级关系，以便在变换时阻止各个部件向不同方向散开。如：投球动作，只规定出球的起始位置、终了位置和路径，手臂等即跟随关节的转动可以反向运动学自动算出。反向运动学方法在一定程度上减轻了正向运动学方法的繁琐工作，是生成逼真关节运动的最好方法之一。 IK 算法在动作捕捉系统中的应用 如果己知末端效应器的位置信息，反求其祖先关节的旋转角和位置，这是就是反向运动学。也就是我们通过室内定位技术，获取末端效应器的位置信息，然后利用 IK 算法推算出祖先关节的旋转角和位置，从而知道运动者的运动信息，再利用运动信息实现实时动作跟踪显示。 利用激光定位技术通过墙上的激光发射器扫描佩戴者佩戴的机身上的位置追踪传感器（即 IK 算法中的末端效应器），从而获得位置和方向信息。具体来说，该室内定位技术是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置。若干个激光发射器会被安置在对角，形成一个矩形区域，这个区域可以根据实际空间大小进行调整。每个激光发射器内设计有两个扫描模块，分别在水平和垂直方向轮流对定位空间发射横竖激光扫描定位空间。运动者身上有光敏传感器，通过光敏传感器接收到激光的时间计算出光敏传感器的准确位置。 通过激光室内定位技术获取传感器的精确位置后，即可利用 IK 算法反向推算出祖先关节的旋转角和位置，从而知道运动者的运动信息。但是由于激光定位过程中可能存在遮挡问题，比如下蹲、拥抱、扭打等动作。于是应用惯性传感器做补充跟踪，即当出现遮挡情况时， IK+ 室内定位相结合的动作捕捉技术无法完全准确的实现，这个时候利用惯性式动作捕捉技术做补充。反过来可以利用室内定位技术对惯性式动作捕捉技术做实时校准，不需要另行校准，从而解决遮挡问题的同时，也避免了惯性式动作捕捉无法长时间精确工作的弊端。 惯性捕捉技术的应用领域 在影视制作、动漫制作、游戏制作领域的应用 就影视制作而言，惯性动捕设备的加入，不但大大提高了拍摄效率，而且降低了后期处理的难度和成本。 我们知道，光学动捕设备无法兼顾实时性与还原性，甚至一些特殊动作也无法实时还原，同时还会受空间的限制。与之相比，惯性传感器动作捕捉系统就大为不同。惯性动捕不但可识别的场景更多，而且管理起来也更加智能。利用全无线传感器来完成电影拍摄过程中的动作捕捉，丝毫不影响演员的穿戴，而且能够保证演员脚步真实平稳地移动，使运动还原自然流畅，甚至一些大动态动作也能顺利捕捉。作为目前市面上性能卓越、易用精准的动作捕捉系统，基于惯性传感器系统的动作捕捉设备一经上市就颇受青睐。 在动漫制作、游戏制作方面，现在很多游戏制作中角色的动作设置，例如武打游戏里的劈砍等动作，都是通过动作捕捉来获取的。正是因为惯性动捕有着良好的实时性和各种技术优势，所以这项技术在动漫、游戏中得以广泛的应用，它使动画画面更加逼真、自然，游戏角色的行动更为自然细腻，对动画品质的提升大有裨益。 在虚拟现实交互体验、游戏互动领域的应用 真人与虚拟角色的实时互动，是动作捕捉技术的一大应用。例如虚拟演播室、电影实时预演、真人与虚拟游戏角色互动等 虚拟演播室现在已经很成熟了，在很多电视台的栏目中都可以看到类似的场景，基本操作方式就是先让主持人在绿色的幕布下进行拍摄，再实时地用抠背机把人物扣下来附着到虚拟的场景当中。一般的惯性动捕由于虚拟角色位移的原因，没办法实现主持人与虚拟角色的交互，但随着技术的进步，优秀的惯性动作捕捉设备已经能够做到这一点，不但动捕位移误差极小，而且可以做到来回运动数十米或者随意运动持续十分钟，完全能够满足虚拟演播室内主持人与虚拟角色的互动。 关于这一技术的应用，最新的例证是关于 2014 年世界杯节目的。 CCTV5 的“我爱世界杯”和 CNTV 的“超级世界杯”两档节目都用到了惯性动捕技术。在这两档节目的演播厅内，设置了拟真度极高的虚拟球员，在播出的节目中，虚拟球员和现场嘉宾及主持人进行了很好的实时互动，其演播方式令观众耳目一新。 从更前沿的视角出发，动作捕捉技术真正能够产生革命性价值的领域将会诞生在虚拟现实游戏上。例如，利用惯性传感器实现的动作捕捉和头戴式显示设备结合，可以使游戏从客厅或固定场景向更自由的场景延伸，动作的精度也能产生质的提升。目前，众多游戏界的领军企业都愿意尝试使用惯性传感器动作捕捉设备，而据业内预测，超过 70 个游戏可能会采用这一设备进行体验。这就预示着惯性动捕技术在未来动捕界会迎来广阔市场前景。 在多人模拟仿真演练领域的应用 惯性动作捕捉系统能够为军队训练和消防演练提供虚拟仿真环境、野外演习、角色扮演训练等。虚拟军事环境仿真可以使大批教员和学员在不进入真实野战环境中即可完成训练，这样就能极大地节省人力物力及其他方面的消耗。目前，惯性动作捕捉技术已经被应用于世界领先的军事模拟训练系统开发中，并且起到了很好的仿真演练效果。 在体育训练及运动分析领域的应用 在动作分析和运动医学研究领域，研究者需要对大量的运动数据进行分析，比如速度、加速度、角速度等。这些数据不但非常庞大，而且经常会被较大的视角、较远的距离、人为理解的偏差等因素影响。惯性传感器动作捕捉系统在原理上彻底解决了上述问题，它可以精确捕捉运动人体的动作细节，为运动员和教练分析运动情况提供依据。在这方面不乏成功的案例出现。例如针对高尔夫运动者的姿势矫正产品 MySwing 。使用这款产品时，用户把产品夹在球杆上，便可捕捉到挥杆节奏、速度，杆头轨迹、角度等数据，这些数据可以帮助锻炼者改进姿势，提高球技。 另外，利用惯性动捕可以计算出打篮球时的运球次数、传球次数、投篮次数、篮板球数量等；也可计算出打台球时的击球次数、进球概率等，使体育教学与训练进入数字化时代，大幅提高训练水平。同时它使远程教学成为可能，尤其适合具有要求特殊的运动，如帆船、攀岩等。总的来说，利用惯性动作捕捉设备获取的这种实时且准确的分析、评估数据，在提高运动成绩、预防损伤、状态恢复等方面都有很大的帮助。 在医疗健康虚拟体验领域的应用 惯性动作捕捉技术还可以应用到医疗诊断、姿态矫正、复健辅助、运动学和动力学仿真评估等方面，不但效果显著，而且为医疗机构提供了高效、低成本的解决方案。例如，对于骨病患者或行动不便者，惯性动作捕捉系统可提供全身、半身以及个别部位的测量及报告，医生对传感器传输的数据加以分析，可以为患者提供迅速简洁的解决方案。 目前，国内的一些医疗实验室已经开始尝试用惯性动捕开发来帮助癫痫病人进行诊断和康复训练。医生判断病人病情时，传统的做法是靠目测病人的步态和体征来下结论，而动作捕捉的设备则更加精准和智能，它借助数字化的精密测量方式更加客观地进行数据统计和诊断，并提供客观准确的数据来反映病人的治疗效果。 另外，通过对步态的量化分析，惯性动作捕捉技术可以提供实时的运动学和动力学数据，这对假肢的研发、最优安装和安全使用提供较为准确的各项依据。 在工业测量和设计领域的应用 惯性动作捕捉为虚拟工业测量提供精准的数据，为设计用户创造交互式、非侵入式的设计环境，可应用在工作场所设计、汽车测试、航空航天研究等工业测量设计领域，例如在汽车设计领域，研究者可以用它来研究汽车驾驶室内的操控性能、方向盘的距离、进出车门的方便性，以及车身高度等方面；在机械设计领域，它可以用在操作台的安装、洗衣机高度的设计等方面；能够有效地提高生产力并节约生产环境成本。而在生产线的操作上，它也可以为用户提供专业的精确定位，从而解决生产和控制过程中的重复运动的问题。 随着惯性动作捕捉技术的不断完善，它的精准程度越来越高，应用范围也更加广泛。除了以上介绍的七大方面外，惯性动作捕捉还可以在舞台特效、机器人控制、人机工程、化学化工在线仿真、汽车碰撞及震动分析……等领域大有作为。 目前，动作捕捉界市场还是以光学动捕技术为主导，能够利用惯性传感器开发人体全身运动捕捉系统的厂商屈指可数，足见惯性动捕系统有着不可估量的巨大潜力，而以中国诺亦腾公司为首的惯性动捕技术，以技术实力为武器，通过修炼内功，填补了中国市场的空白，并逐步在市场上占领先机。它必将扛起动作捕捉行业的大旗，全面扭转国内动捕行业格局，成为与光学动捕平分天下，甚至更具市场竞争力的重头技术。 关注公众号“优特美尔商城”，获取更多电子元器件知识、电路讲解、型号资料、电子资讯，欢迎留言讨论。

陀螺仪技术自问世以来，发展至今已有160余年历史，在导航、制导与控制等领域，以及汽车、消费电子等各种应用场景得到了广泛应用。 中国中高端MEMS传感器基本为意法半导体、博世等国外巨头把控，MEMS陀螺仪也不例外。随着近几年美国制裁的加剧，叠加疫情等缺芯状况的影响，陀螺仪等中高端MEMS传感器研发制造企业逐渐获得社会和资本的关注。深迪半导体、矽睿等厂商也因此获得多轮投融资。 本文 全面分析了全球陀螺仪市场与发展情况，各种陀螺仪技术特点、竞争格局等信息 ，尤其着重MEMS陀螺仪，认为未来几年MEMS将在中低端及短时领域完全取代光纤陀螺仪、光纤陀螺仪等高端技术。 本文内容较多，可按下面目录获取相应信息： 一、什么是陀螺仪 二、陀螺仪的发展与分类 三、陀螺仪主要技术评价指标 四、各方面特性决定应用领域 五、全球市场格局：美国处于绝对领先地位，中国尚属第三梯队 1、激光陀螺仪竞争格局 2、光纤陀螺仪竞争格局 3、MEMS 陀螺仪竞争格局 六、陀螺仪的展望 1、液浮陀螺仪 2、光学陀螺仪 3、振动陀螺仪 4、原子陀螺仪 七、结语 传感器专家网 （sensorexpert.com.cn）专注于传感器技术领域，致力于对全球前沿市场动态、技术趋势与产品选型进行专业垂直的服务，是国内领先的传感器产品查询与媒体信息服务平台。基于传感器产品与技术，对广大电子制造从业者与传感器制造者提供精准的匹配与对接。 一、什么是陀螺仪 陀螺仪是指能够测量运动物体的角度、角速度和角加速度的装置，因此又被称为角速度传感器，用于感测和维持方向。 早期陀螺仪的核心部件是安装在万向支架中高速旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动。当转子开始旋转时，由于转轮的角动量，转子具有保持运动方向不变的趋势。 具体来看，体现为陀螺仪的定轴性和进动性。定轴性是指陀螺转子在高速旋转时保持自转轴指向稳定不变，进动性是指陀螺转子在高速旋转时，受到除自转轴以外的其他轴向的外力后，陀螺的转动角速度方向将与外力矩作用方向互相垂直。人们利用这些特性制成用于探测运动物体运动方向的工具，并将其命名为陀螺仪。 图1：三自由度陀螺 资料来源：公开资料整理 后来随着技术的进步，光电、微电机等技术逐渐被引入到陀螺仪的研制当中，测量原理不断变化，其中原有的转子结构也被取代，但陀螺仪的名称一直沿用下来。 二、陀螺仪的发展与分类 1852年，法国物理学家莱昂·傅科（LéonFoucault）提出了利用陀螺仪指向的设想，并成功研制出世界上第一台傅科陀螺仪（如图1所示），有效地验证了地球自转运动，开启了人类对工程实用陀螺仪的研究与设计。 1908年，德国科学家赫尔曼·安许茨-肯普费（HermannAnschütz-Kaempfe）设计了一种单转子摆式陀螺罗经，该系统可以凭借重力力矩进行自动寻找北方向，解决了当时的舰船导航问题。第二次世界大战期间，德国利用陀螺仪为V-2火箭装备了惯性制导系统，实现了陀螺仪技术在导弹制导领域的首次应用。 图1 傅科陀螺仪 20世纪50年代，转子陀螺仪开始出现，美国麻省理工学院（MIT）的查尔斯·施塔克·德雷珀实验室，采用液浮支承技术，研制出单自度液浮陀螺仪（FFG），使得陀螺仪的精度达到了惯性级要求。 20世纪60年代初，美国人罗伯特·克雷格（RobertCraig）研制出了动力调谐陀螺仪（DTG），埃卡尔福特公司研制的SKN-2416、SKN-2610、MODⅡ等型号产品，在战术导弹及军用飞机等平台进行了成功应用。 1964年，美国最先研制出静电陀螺仪（ESG），并于1979年首次为“三叉戟”弹道导弹核潜艇装备了静电陀螺监控器，使得潜艇的导航能力出现了质的飞跃。20世纪60年代，光学陀螺仪的出现是惯性技术领域的一场重大变革。1963年，美国斯佩里公司最先研制出激光陀螺仪（RLG）。 随后经过十余年的不懈努力，美国霍尼韦尔公司于1975年和1976年分别将激光陀螺仪应用到飞机和战术导弹；1982年，该公司利用GG-1342型激光陀螺仪，为美国海军研制出了第一台用于舰艇的高精度导航设备。光纤陀螺仪（FOG）是出现稍晚于激光陀螺仪的另一类光学陀螺仪，与激光陀螺仪相比，FOG具有体积更小、成本更低、便于批量生产等显著优势，迅速获得了各大陀螺仪生产商的青睐。 进入20世纪90年代，随着微机电和量子技术的不断发展，以微机电系统（mMEMS）陀螺仪、半球谐振陀螺仪（RG）为代表的振动陀螺仪和以核磁共振陀螺仪（NMRG）、原子干涉陀螺仪（AIG）为代表的原子陀螺仪等新型陀螺仪得到了快速发展，掀开了陀螺仪技术的崭新篇章。 根据测量原理的不同，陀螺仪可以大致分为机电式陀螺仪和光学陀螺仪两类，其中机电式陀螺仪又可以分为转子陀螺仪和振动陀螺仪。 一般将陀螺仪的发展划分为4个阶段： 表1：陀螺仪的发展阶段 资料来源：公开资料整理 1）第一阶段：滚珠轴承支承陀螺 滚珠轴承支承陀螺使用轴承和滚珠支承转子，二战期间德国著名的V2导弹使用的便是这种陀螺仪。然而由于滚珠轴承之间摩擦力矩过大，导致漂移误差过大，达到1°/h到15°/h之间，无法满足惯导系统的要求，已经被淘汰。 2）第二阶段：液浮和气浮陀螺 液浮和气浮陀螺发展于20世纪40年代末到50年代初。与第一阶段不同的是，其利用大密度的液体或气体取代机械作为支撑，从而有效降低摩擦力，极大提高了测量精度，1973年研制出的第三代液浮陀螺的漂移误差已经降低到0.000015°/h，同时具备尺寸较小的优点，然而缺点是加工工艺要求高、成本高，较多应用于海事及飞机导航。 3）第三阶段：挠性陀螺 挠性陀螺发展于20世纪60年代。挠性陀螺将转子改为挠性接头来支撑，从而去除了支承轴上的摩擦干扰力矩，精度甚至达到0.01°/h到0.001°/h，属于公认的中等精度陀螺。具有结构简单、成本低、体积小、启动快的优势，但是也面临挠性接头加工难度高、成品率低、存在疲劳及稳定性问题、力学误差较大、动态范围小等问题。在2010年之前，世界范围内许多火箭仍采用动力调谐陀螺，例如我国长征一号箭采用气浮陀螺，发展到长征二号火箭改为采用动力调谐陀螺，并于2015年正式退役，改为采用光纤陀螺惯导系统。 4）第四阶段：静电陀螺、MEMS陀螺、激光陀螺和光纤陀螺等 第四阶段主要指20世纪70年代之后发展起来的多种陀螺仪，主要包括静电陀螺、MEMS陀螺、激光陀螺和光纤陀螺。 a）静电陀螺 静电陀螺发展于20世纪70年代，通过静电引力实现金属球形转子的悬浮，测量则通过非接触式光电传感器实现，因此转子在旋转过程中完全不受任何外力矩作用，达到了对机电式陀螺的最高追求，其精度也进一步提高，1995年时精度已经达到10-5°/h，斯坦福大学的研究甚至达到精度10-11°/h。除了精度极高的优势，静电陀螺还具有结构简单、可靠性高、能全姿态测角等优点，缺点则是加工工艺要求高、角度读取复杂、价格昂贵。 图2：静电陀螺三轴稳定平台 资料来源：公开资料整理 b）MEMS陀螺 MEMS陀螺仪发展于20世纪80年代，指的是用微机械加工工艺制造的陀螺仪，目前主流是振动式，原理与转子式有所不同，主要利用科里奥利力原理（在旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系会产生直线运动的偏移，这个导致偏移产生的“虚拟”力便被称为科里奥利力），通过振动来诱导和探测科里奥利力，从而对角速度进行测量。根据测量原理的不同，主要包括框架式角振动陀螺、音叉式梳状谐振陀螺、振动轮式硅微陀螺等。 MEMS陀螺仪的发展印证了MEMS行业的特性，陀螺仪从早期的机械装置，借助成熟的半导体产业链，进化到由微机械装置和集成电路组合构成的一块“芯片”。虽然精度水平比较低，但是瑕不掩瑜。通过结合其他传感器的数据以及算法上的改进，其精度足以满足大多数的消费级应用、得益于其极低的成本和功耗，极小的体积和质量，集成方便和数据输出简单的特性，MEMS陀螺仪在消费级市场受到极大的欢迎。 图3：InvenSense的九轴惯性测量单元内部之陀螺仪（右）和加速度计（左） 资料来源：System Plus Consulting，December 2013 c）光纤陀螺与激光陀螺 激光陀螺和光纤陀螺与以上陀螺测量原理都不同，属于光电式陀螺。 激光陀螺发展于20世纪60年代，其利用光学中的Sagnac效应，简单来说就是利用环形光路旋转时，环形光路中传播方向相反的两条光束会产生时延差，从而完成角速度的测量。原理层面的改变为激光陀螺带来精度中高、测量动态范围大、启动时间短、可靠性高、寿命长等特性，但是同样面临高成本、体积大的缺陷。同时由于在现实中环路难以做到完全均匀，当旋转的角速度比较小的时候激光陀螺无法输出测量结果，也被称为激光陀螺的“闭锁效应”，为激光陀螺的实际应用带来较大困难。 光纤陀螺发展于20世纪80年代，在激光陀螺的基础上进行了进一步的改进，利用光纤代替了原来的光路，能够使用较低成本解决激光陀螺的闭锁效应，并继承了激光陀螺的可靠性高等其他优势，迅速被广泛接受和应用。但是光纤同时带来了新的问题，光纤易受温度和缠绕变形的影响，测量精度无法得到保证。 图4：ATLAS-300 数字闭环单轴光纤陀螺仪 资料来源：公开资料整理 表2：不同种类陀螺仪特性比较 资料来源：公开资料整理 三、主要技术评价指标 陀螺仪存在多个层面的性能评价标准，包括零位漂移、标度因数、分辨率、动态范围以及带宽等等。 零位漂移是最重要的参考指标。由于陀螺仪的输出信号一般会围绕均值进行波动，习惯上使用标准差或均方根进行计算，一般折算为等效输入角速率，单位是°/ h。简单解释的话，当陀螺仪处于静止状态（零输入状态）时，输出的数据不一定是0，会在一定的范围内进行波动，而且这个范围会随时间的增加而扩大，单位时间内的误差范围值便被成为零偏值（drift）。因此漂移率越低，陀螺仪精度就越高。 图5：零输入的陀螺仪输出信号图 资料来源：公开资料整理 标度因数也是反映陀螺仪灵敏度的的重要参考指标。标度因数是陀螺仪输出量与输入角速率的比值，可以用坐标轴中某一特定直线的斜率进行表示，它综合反映了陀螺仪的测试和拟合精度，通常用百万分比（ppm）进行表示。 分辨率指标用白噪声进行衡量，反映了陀螺仪可以检测的最小角速率。动态范围是指陀螺仪可以接收和测量的最大输入角速率，动态范围越大则表示陀螺仪可测量的范围越大。带宽是指陀螺仪能够精确测量输入的角速率的频率范围，带宽越大则表明陀螺仪的动态响应能力越强。 四、各方面特性决定应用领域 陀螺仪的各方面的特性直接决定了其主要的应用领域。 陀螺仪主要应用在惯性导航系统中，不同领域的惯导系统对陀螺仪的精度要求不尽相同 ，其中军工行业对陀螺仪的精度要求最高，民用领域相对较低。 消费电子行业普遍对陀螺仪的精度要求较低，更加看重陀螺仪的体积、质量、性价比等特性。 1）惯导系统 惯导系统是一种完全建立在牛顿力学定律的基础上的自主式的导航系统，其通过加速度计和陀螺仪测量物体在惯性参考系的加速度、角加速度，进行一次积分得到物体运动的速度、角速度，再进行二次积分得到物体运动的位置信息，然后变换到导航坐标系中，计算出物体在空间中的运动信息，从而为物体的运动进行导航。 图6：惯性导航系统原理框架 来源：公开资料整理 陀螺仪是惯导系统的核心组件之一，其精度直接决定了惯导系统的整体精度。 如果导航路程较短，那惯导系统对陀螺仪的精度要求相应较低。而当仅仅依赖惯导系统进行远距离导航时，对陀螺仪的精度要求极高。例如潜艇需要在保持与外界无信号交流的情况下进行长时间且远距离的航行，其导航只能依赖于惯导系统，一丝细微的误差都可能导致航行路线的大幅偏移。 表3：军用惯导系统中各级精度陀螺仪适用范围 来源：公开资料整理 为了减少导航对惯导系统精度的依赖， 组合导航系统逐渐成为导航系统未来发展的主要方向。 简单来说就是在惯导系统的基础上进一步结合卫星导航、多普勒导航等其他导航系统，从而提高导航精度。例如，在汽车导航中，如果是在卫星定位良好的开阔环境下，惯导系统与卫星导航的数据进行计算修正，从而提高精确度。进入到卫星定位较差的隧道中后，继续依靠惯导系统继续进行导航，从而避免定位信息的丢失，在离开隧道之后重新与卫星导航数据进行组合和修正，实现更优的导航体验。 从产业链来看，惯导系统主要分为上游的器件制造、中游的模块组装和软件设计以及下游的实际应用。陀螺仪在整个惯导系统产业链中处于上游地位，研发和制造难度最大，价值量也相对较高。然而中游厂商需要根据客户需求，针对标准化的上游器件进行开发、集成和测试等一系列复杂工作，毛利率高于上游，因此越来越多上游企业开始向中游延伸，在建立技术优势的基础上提升盈利能力。 2）消费电子 消费电子行业属于陀螺仪应用的新兴领域。陀螺仪作为运动测量中必不可少的传感器，为智能手机、可穿戴设备等带来基于运动感知的众多新功能的加持。由于智能移动设备对陀螺仪的功能要求简单、需求短时短程，因此对陀螺仪的精度要求相应较低，但是对陀螺仪的成本、体积、功耗等更为敏感。MEMS陀螺仪便是为解决这些问题而生，已成长为消费电子设备的“宠儿”。 2010年发布的iPhone 4是全球第一款搭载陀螺仪的智能手机，其通过陀螺仪实现比重力仪更为灵敏的运动感知，最早主要应用于手机游戏中，提高游戏体验，后来也逐渐被应用于手机VR、辅助导航、摄影防抖等功能中。随着技术的成熟及硬件成本的降低，陀螺仪已从旗舰机型下放到低端机型，目前已基本成为智能手机的标配。 图7：乔布斯介绍三轴陀螺仪的特点 来源：公开资料整理 陀螺仪已经逐步成为消费电子设备常用的输入装置之一，未来随着陀螺仪体积的进一步缩小以及性能的进一步提升，将被集成到更多电子设备中，产生更多的应用形式。 3）物联网 物联网技术的不断发展为陀螺仪的应用带来更多可能。 陀螺仪作为一种重要的运动传感器，将被应用在各类终端设备，并通过网络将数据实时回传到数据中枢，从而帮助实现整个系统的自动化监测与控制 ，在更多工业场景、消费场景发挥重要作用。例如： a）智能家居场景 目前陀螺仪在智能家居场景的应用仍处于早期阶段，主要是帮助各类已有的家用设备增加更多实用型功能。例如：扫地机器人的室内导航系统无法使用GPS，加入带有陀螺仪的惯性导航系统后，使其更精确地按照规划路线的行驶并记录，从而告别四处乱撞的时代；在智能门锁中使用陀螺仪监测门的开关姿态，从而实现自动上锁的功能；在电动牙刷中，增加陀螺仪实现对刷头位置的判断和姿态的监测，从而判断每个部位的清洁程度，甚至可以实现调整刷头方向到最合适的位置。 b）工业互联网场景 陀螺仪用于工业场景已经较为常见，目前主要用于姿态的测量和控制、惯性导航系统，具体包括应用于各类工程机械、工业无人机、工业机器人等等。随着人工智能及自动化技术的发展，未来工业机器人的应用也将更为广泛，从而拉动对运动传感器的需求。工业互联网的意义在于使这些应用陀螺仪的单个设备连接起来，收集各个设备的运动数据并形成一个完整的数据系统，从而实现对整个系统的监控调度，提升整体效率，例如仓库内的自动化运输系统、工厂的自动化监测维修系统等。 五、全球市场格局：美国处于绝对领先地位，中国尚属第三梯队 全球惯性导航市场规模预计 2020 年将达到 88.7 亿美元，2016-2020 年复合增长率为 13.81%。根据MarketsandMarkets 在 2016 年 1 月发布的预测报告，受益于飞机数量的增加、对导航精度的要求提高以及部件的微小型化和低成本等，2015-2020 年全球惯性导航市场将以复合年增长率(CAGR)13.81%的速度增长，由 2015年的 46.4 亿美元增长到 2020 年的 88.7 亿美元。 全球惯性技术开发分为四个层次，目前我国居第三层次，具备部分研发能力。 根据美国国防部的统计数据，美国防部把从事惯性技术领域研究和开发的国家分为 4 个层次：属于第一层次的有美国、英国和法国，完全具备自主研究和开发惯性技术能力；属于第二层次的有俄罗斯、德国、以色列和日本，具备大部分自主研发能力；属于第三层次的有中国、澳大利亚、加拿大、瑞典、乌克兰，具备部分研发能力；属于第四层次的有韩国、印度、巴西、朝鲜、瑞士、意大利等，具备较为有限的惯性技术研发能力。 美国的霍尼韦尔、诺格和法国的赛峰为全球惯性技术领域顶尖公司。目前，美国主要的惯性导航技术公司包括：霍尼韦尔、诺格公司、大西洋惯性系统、亚诺德半导体(ADI)和吉尔福特等；法国主要的惯性导航技术公司包括赛峰、iXblue、泰雷兹集团等。其他国家主要的惯性技术公司包括：英国 BAE 系统公司；德国博世公司；俄罗斯物理光学、陀螺仪光学、拉明斯克仪表厂和 Optolink；日本航空电子工业、三菱精密；挪威 Sensonor 等。 1、激光陀螺仪竞争格局 在激光陀螺仪领域，仅美国、法国、俄罗斯、德国及中国等少数国家可以进行研制量产。目前，在激光陀螺仪领域的相关企业有美国 Draper 实验室、霍尼韦尔公司、诺格公司、吉尔福特公司等，法国萨基姆公司（赛峰集团子公司）、Sextant 公司等，日本的宇宙开发事业团、国家宇航实验室、航空电子工业有限公司(JAE)，俄罗斯的 Polyus 研究所、电子光学公司等。在专利申请及发文数量方面，美国、日本、德国、欧专局、法国等国家/机构的激光陀螺仪领域研究发文数量占总数量的近 75%。 霍尼韦尔是激光陀螺仪领域研发领先企业。目前，霍尼韦尔公司主要激光陀螺仪产品包括 GG1308、GG1320、GG1342、GG1389，其中，高精度以 GG1389 为代表，其零偏稳定性达到了 1.5×10-4o/h,是世界上精度最高的激光陀螺仪。低精度以 GG1308、GG1320 为代表，GG1389 陀螺仪的该公司 GG1308 陀螺仪的零偏稳定性为 1~5o/h,是世界上体积最小的产品化激光陀螺仪，采用该陀螺仪的惯导系统型号主要有 HGl500 IMU 和 HGl700 IMU（包含 3 个 GG1308 陀螺仪和 3 个 RBA-500 石英振梁加速度计）两种，主要用于美军 JDAM 联合直接攻击炸弹和制导多管火箭发射系统等装备。 诺格收购利顿工业公司，成为激光陀螺仪的主要生产者。利顿工业公司研制的激光陀螺仪以正方形光路的机抖陀螺仪和异面腔四频差动陀螺仪为主，其中机抖陀螺仪主要包括 LG2717（零偏稳定性优于 0.05 o /h）和LG8028（零偏稳定性优于 0.01o /h），分别应用于航空导航系统和中高精度导航系统。公司异面腔四频差动激光陀螺仪与同等尺寸的机抖陀螺仪相比，能以较小的尺寸获得了优于 0.01o/h 的精度，大批量生产的 LN 100 系列、LN 120G 和 LTN 101 惯导系统均采用了腔长为 18.4cm 的该陀螺仪。 法国赛峰 (萨基姆)公司是欧洲最大的激光陀螺仪生产厂家。公司于 1977 年开始涉足激光陀螺仪领域，其激光陀螺仪产品主要以 GLC-8、GLC-l6 和 GLS-32 激光陀螺仪为主。其中，GLS-32 机抖陀螺仪主要用于航空及潜艇的捷联惯导系统，采用该陀螺仪的 SIGMA40 惯导系统的导航定位精度为 1.5 n mile/24h；GLC-l6 型陀螺仪（零偏稳定性 0.01 o /h）是一种方形光路的机抖陀螺仪，主要用于直升机、小型运载火箭等；GLC-8 型陀螺仪腔长仅为 8cm,零偏稳定性 0.1~10 o /h,主要用于射程 60~100km 的战术导弹。 2、光纤陀螺仪竞争格局 美国始终保持领先地位，日本在中低精度陀螺仪应用方面位居世界前列。目前，国外研制和生产光纤陀螺仪的相关单位有美国 Draper 实验室、诺格公司、霍尼韦尔公司、KVH 公司等，法国萨基姆公司、iXblue 公司等，日本三菱精密有限公司，俄罗斯 Optolink 公司等等。 自 20 世纪 70 年代至今，光纤陀螺仪关键技术不断取得重大突破，应用领域长袖拓展，目前光纤陀螺仪的精度最高可达 8×10-5o/h,在高端领域已经与激光陀螺仪形成竞争的态势。 霍尼韦尔是最早研制光纤陀螺仪的公司之一。公司自20世纪80年代中期开始研发各类精度的光纤陀螺仪，其干涉式光纤陀螺仪产品的零偏稳定性范围为 10-4o/h～10-3o/h.2016 年，其用于太空应用的高性能太空光纤陀螺仪(HPSFOG)，精度范围达 2*10-4o/h～6*10-4o/h.除了干涉式光纤陀螺仪，公司还进行了谐振式光纤陀螺仪的研究，样品的零偏稳定性优于 0. 1o/h. 诺格光纤陀螺仪产品线极为丰富，在光纤陀螺仪领域占据领先地位。公司自 1988 年开始研制基于光纤陀螺仪 IMU 系统，代表产品分为 uFORS 系列与 FOG-200 系列。前者具有精度低、小型化特征；后者具有精度高的特点，多用于 IMU、AHRS 等军用系统。截至 2016 年，公司已交付超过 30000 个基于光纤陀螺仪的惯性导航产品以及超过 10000 个光纤陀螺仪速率传感器，奠定了公司在光纤陀螺仪领域的领先地位。 3、MEMS 陀螺仪竞争格局 美国 Draper 实验室、霍尼韦尔公司所生产的 MEMS 陀螺仪的偏置稳定性、定位精度处于世界领先水平。目前，MEMS 陀螺仪相关研究单位有美国 Draper 实验室、霍尼韦尔、大西洋惯性系统公司、InvenSense 公司、波音公司等，英国 BAE 系统公司，挪威 Sensonor 公司，日本东芝公司等。 MEMS 是当前惯性陀螺仪研究的焦点。自 20 世纪 80 年代发展至今，MEMS 陀螺仪关键技术研发突飞猛进，成为学术研究领域的焦点，在美国 DARPANGIMG 项目支持下，多环碟形陀螺仪最高精度达 0.003o/h. 德国博世公司 MEMS 陀螺仪专利申请最多。博世公司发布了 DRS-MM1、DRS-MM2 和 DRS-MM3 共 3 代 MEMS陀螺仪产品，其中 DRS-MM3 零偏稳定性达到 1.5o/h,主要面向汽车和消费电子应用。英国 BAE 公司 MEMS 谐振环陀螺仪最小体积仅有 16.387cm3，零偏稳定性优于 0.1o/h,IMU 可植入士兵战靴，实现单兵全时导航。BAE谐振环陀螺仪有角速率和速率积分两种模式，用于高速旋转弹、中程导弹和美国 155mm 制导神箭炮弹等武器系统。 日本硅传感系统公司的 MEMS 谐振环陀螺仪是该领域内精度的最高水平，最新产品零偏稳定性优于 0.06o/h,角度随机游走优于 0.01o/h 1/2. 美国 Draper 实验室是 MEMS 陀螺仪研究领域领导者。Draper 实验室研制了双框架结构、调频音叉结构和振动轮结构 MEMS 陀螺仪，霍尼韦尔购买其调频音叉结构 MEMS 陀螺仪专利，在此基础之上研发出系列 MEMS 陀螺仪，零偏稳定性优于 10o/h,大量应用于 JDAM 制导炸弹等武器系统。针对单兵导航和惯性寻北需求，霍尼韦尔公司与 Draper 实验室共同开展高性能硅 MEMS 陀螺仪研究。大西洋惯性系统公司研制振动环结构 MEMS 陀螺仪，其产品 CRS09 广泛应用在 NLAW 反坦克武器、A-Darter 空空导弹、MBDA 海狼舰船防御导弹等武器装备中。 六、陀螺仪的展望 通过阅读研究近年来国内外相关文献资料，对不同原理的陀螺仪性能指标进行比较分析可得表1，并可以此为基础展望各类型陀螺仪的未来发展趋势。 表1 不同陀螺仪的性能指标对比 1、液浮陀螺仪 液浮陀螺仪经过几十年的发展，技术上已相对成熟，目前主要作为敏感传感器应用到武器系统上，以实现随动跟踪与制导，但在降低温控装置功耗和噪声等方面，仍有提升空间。动力调谐陀螺仪，在20世纪70年代到20世纪90年代被广泛应用，但随着光学陀螺仪技术的出现和发展，其各方面性能指标均不占优势，在各领域逐渐被光学陀螺仪所取代，目前国内外已基本停止了对动力调谐陀螺仪的研究。静电陀螺仪仍是目前实际应用中，精度最高的陀螺仪，但由于其工艺复杂、成本昂贵、抗干扰能力差等缺陷，如今仅在高精度惯性导航系统中继续应用，受关注度较低，各国正努力寻求其替代品，未来进一步发展的空间相对受限。 2、光学陀螺仪 光学陀螺仪因其精度高、稳定性高、体积小、抗干扰能力强等优势，是目前捷联式惯性导航系统中使用的主流产品，在市场中仍占据着主导地位。激光陀螺仪近年来不断朝着高精度、小型化、低成本的方向快速发展，但如何更有效地减小闭锁效应，更好地提升激光陀螺仪的精度仍是亟待突破的难题。光纤陀螺仪虽然晚于激光陀螺仪出现，但发展势头迅猛，美国、法国、俄罗斯和日本等发达国家，研制的新产品不断涌现，满足了不同领域的实际应用需求，下阶段，融合多种技术，从精度、稳定性、体积和成本等方面提高光纤陀螺仪的整体性能，并采用有效手段克服外界环境的影响，将是光纤陀螺仪的重点研究方向。 3、振动陀螺仪 MEMS陀螺仪因其体积小、成本低、易批量生产等优势，现阶段已基本占据低精度市场，随着工艺水平、计算机技术和数据算法的不断发展，其精度性能有望实现质的突破，进入惯性级陀螺仪应用领域。半球谐振陀螺仪较好地满足理想惯性传感器的性能指标，在成功应用到空间领域的基础上，向航海领域的推广已成为必然趋势，例如，法国已将半球谐振陀螺仪作为新一代海洋导航定位系统的主要惯性导航设备，赛峰电子与防务公司基于HRGCrystal技术研发的布卢·瑙特（BlueNaute）系列惯性导航系统，已开始应用到工程船舶、科考船和海警船等载体上；另外，结合新型制作工艺，大力开发基于MEMS技术的微半球谐振陀螺仪（MHRG）也是未来的热点研究方向。 4、原子陀螺仪 由于各国的高度关注，原子陀螺仪技术不断取得突破性进展，已开始逐渐从实验室步入工程化并最终通往产业化。核磁共振陀螺仪具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等显著特点，与MEMS工艺技术相结合，有望实现芯片型惯性级陀螺仪，并以捷联式方案应用到微小型战术导弹、微小卫星、小型飞行器和自主式水下航行器等装备上。原子干涉陀螺仪具有超髙的理论精度，特别适合作为高精度平台式惯性导航系统的传感器，应用到战略武器装备上，但目前来看，原子干涉陀螺仪距离最终产业化应用仍面临许多技术困难，需要做好中长期的规划部署。 结语 陀螺仪作为一种无法取代的测量物体运动状态的传感器，已经经历了百余年的发展历程，在万物互联的背景之下，其应用前景被进一步发掘，不断显现出新的生命力，这个过程中将浮现出新的机会。 1）随着光纤陀螺仪逐渐从高端军工领域向高端民用领域扩张，且伴随着工业互联网的发展，更多应用场景将被发掘，终端设备装机量需求将进一步提高，从而带来市场规模的高速增长。 同时，市场化竞争趋势更为明显，市场集中度有望逐步提升，诞生出技术实力与销售能力并存的行业龙头企业。同时行业发展也面临挑战，MEMS陀螺仪将逐步蚕食中低端光纤陀螺仪的市场，高端光纤陀螺仪技术难度高，应用成本难以短时间降低，在导入下游场景时将面临挑战，需要强大的销售体系进行支撑。 2）MEMS陀螺仪市场在经历了智能手机市场的爆发之后逐渐稳定，未来将在物联网的推动下迎来新一波需求高峰。 目前集成MEMS陀螺仪的IMU的体积已经缩小到3mm * 3mm * 1mm左右，足够适用于绝大部分应用场景。未来将沿着提升性能及降低成本两条路线发展，应用范围进一步扩大，包括智能家居、工业互联网等场景。这些场景重复度高且其中设备数量巨大，从而带来对标准化产品的强劲需求。 3）MEMS陀螺仪单价较低既是机会也是挑战。 机会在于产品导入成本低，有利于整个市场规模的扩大，挑战则是需要极大的出货量才能撑起一定的营业收入。外加受行业集成趋势不断加强的影响，多数企业将选择基于MEMS陀螺仪扩展产品线到加速度计、磁力计等相关产品，向下游延伸到整个运动感知系统乃至解决方案的发展路线。 4）MEMS陀螺仪呈现出典型的MEMS行业的特征。 一是MEMS行业具有明显的规模效应，行业准入门槛不断提高，只有头部企业才能实现降低生产成本、提升产品性能、提高产品稳定性与可靠性，才有机会完成与下游大客户的绑定，在行业中占据一席之地。二是MEMS行业发展时间较短，而且生产工艺难度大，目前IDM仍是行业主流方式，Fabless厂商需要深度绑定下游代工厂，并进一步提升自身设计能力，才能在竞争中补齐短板。 您对本文有什么看法？欢迎留言分享！ 顺手转发，将中国传感产业动态传递给更多人了解！ 来源： 由动感传感整理自网络，转载请注明传感器专家网 声明 ：本文内容系作者个人观点，不代表传感器专家网观点或立场。更多观点，欢迎大家留言评论。

上篇主要写了些个人感悟，这次简单谈谈传感器尤其是运动传感器的融合应用。书中第二、三章主要介绍了MEMS技术的分类以及MEMES在生活中的应用，个人涉猎的主要是运动传感器，包括加速度计，陀螺仪，磁力计，气压计等，本文就这几类MEMS传感器的融合应用展开讨论下。 书中介绍的手机，可穿戴式设备（手表，手环），无人机，扫地机器人等应用都需要得到设备的全时姿态，进一步可分解为静止姿态+平动，转动。一个物体的静止姿态可以用欧拉角表示，水平角度Yaw，上下角度Pitch，左右角度Roll。其中加速度计可以根据重力分量计算出Pitch和Roll，磁力计根据地磁场计算出Yaw。此外加速度计还可以粗略算出距离，得到平动，转动则由陀螺仪通过角速度对时间积分得到。 气压计主要提供垂直方向的信息，可以根据气压读数得到高度信息（气压和海拔高度有关系），尤其是相对高度的应用。比如TDK的电容式气压计，精度非常高，可以检测几cm的高度变化，从而可以用在防摔倒检测，上下楼梯，爬山，无人机等应用上。 每种MEMS传感器都有自身擅长检测的领域，当然各种传感器数据的融合更能提高用户的体验。传统手机，手环等设备一开始只有加速度计用来做抬起唤醒，敲击，计步等应用；后面加上磁力计用作指南针应用；再加上陀螺仪数据融合来做游戏应用，做各种运动姿势识别，做惯导等；加上气压计还可以优化计步应用，配合其他传感器用作更精确的惯导，更准确的运动检测，还可以辅助计算运动能量的消耗。 未来多传感器的数据融合是趋势，在各家硬件都越来越同质化的情况下，可以提供更完善的传感器整体解决方案的公司就能走得更远。所以国家在加大半导体产业投入的同时，除了关注硬件本身外，更要完善知识产权的保护，让传感器软件在市场是能有一席之地，从而推动软硬件的完美融合。毕竟多传感器融合最后还是得靠软件算法的优化，才能给客户带来更亮眼的解决方案，推动传感器在AI+IOT, Robotics等市场发光发热！

    陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。用来感测和维持方向的装置。陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的，已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上(IPHONE的三轴陀螺仪技术)。   微信公众号搜索"ittbank"加关注，每日提供最新的手机、MID、机顶盒、安防、液晶屏、摄像头、无线WiFi、智能穿戴、智能硬件等信息，推荐关注！

前几天由创意时代主办，中国通信学会支持的2011年便携产品创新技术展在深圳会展中心开幕，由于离公司还比较近，就跟几个同事一起去逛了一圈，想看看都有些什么“创新”的产品可以开开眼。 一进会场就看到大大小小几十个展位，其中不乏一些我们耳熟能详的零部件厂商。下楼粗略的走一圈，有点失望，基本没看到终端产品。   个人比较感兴趣的一个是TECHINSIGHT的 平板现场拆解 ，人气非常之高，如下图。里三层外三层，大家可以找找有没有自己认识的人。。。展台边上放有几个小柜子，里面是被肢解的平板电脑“残骸”，有ASUS的变形金刚、Lenovo的乐pad和苹果iPad2等等。 拆解Booth看出大家的求知欲还是很强的 讲台上有人在进行现场的拆借，旁边摆一台摄影机记录下这一切，只拍手不拍脸。现场拆完后，有老外专家现场做讲解，拆下来的每一个part是干啥的，上面有什么芯片，是哪一家的，十分详细。   微型3D投影仪 另外一个好玩的是香港应用科技研究院的展台，他们的3D投影仪和LED微型投影仪，让我看到了在家看电影的希望，还省去买大尺寸平板电视的钱和占的位置，一块白布就搞定。   后来发现研讨会的内容比较有吸引力，就跑去听了，主题是便携产品智能设计与低功耗技术。 两个会议室之一的2号   TI的Haptics 德州仪器本次带来的是触摸屏的反馈技术（Haptics），也就是你在用手指点你的触摸屏时，不再是那么“平”了，而是根据不同的应用，给予手指不同的响应。比如虚拟键盘，按下去的时候甚至有机械键盘的感觉；弹虚拟吉他，手指能感觉到琴弦。（这是我听说的，本来有一个手机DEMO，玩的人太多，没抢到机会）   这项技术最初的应用其实是手机里面的震动马达（ERM），后来发展成线性谐振致动器（LRA），目前最新的技术是压电式触摸面板（Piezo）。有同学可能觉得奇怪，这个反馈的感觉怎么来的，其实那是电。。。LRA和单层Piezo的驱动电压是150V-200V，多层Piezo的只有30-50V，不用怕，这些都指的是静压（几乎没电流的）。 再看响应时间，Piezo就比LRA快太多咯，1ms VS 20-30ms，当然这么比较也没什么概念，有机会一定要亲自试试。   就市场来看，目前LRA和单层Piezo的应用风头正胜，多层Piezo由于价格暂时还比较昂贵，愿意买单的人还不多。   ST的MEMS三剑客   2010年是陀螺仪元年，因为“再一次改变一切”的iphone4诞生了。 其实陀螺仪并不是2010年才发明的，但苹果在这一年，将它发扬光大了。   ST是我们的老朋友了，以MEMS见长，本次给我们带来的是加速传感器（Accelerometer）+陀螺仪（Gyroscope）+罗盘（Compass）。这三个家伙在大部分消费电子中都不可获取，比如数码相机的防抖，体感游戏的感应等。   他们的职责又各不相同，加速器主要负责水平方向，比如横竖屏切换，测量XYZ轴的加速度等，比如平衡球游戏。陀螺仪则主要负责检测角速度，拿着你的iphone4开赛车就靠它了。罗盘不说你也懂的，指南针呗，开车导航时很重要。   这些我就不多说了，国际电子商情上已经有很多高手发表了文章： 多轴陀螺仪让你在第三次MEMS浪潮中占尽先机-殷春燕 平板电脑将是GPS应用的下一个增长点-蒋兴强