MEMS陀螺仪在各领域都有哪些应用？案例分析

MEMS陀螺仪是第三代陀螺仪的代表，MEMS随着微机械电子系统(MEMS)等学科的兴起，又基于科里奥利振动效应和微纳加工技术，MEMS陀螺仪开始出现。ER-MG2-50/100作为MEMS陀螺仪中的高精度陀螺仪，具有体积小、重量轻、环境适应性强、价格低廉、便于批量生产等特点，解决了第一代和第二代陀螺仪体积质量大、成本高的缺点，精度和稳定性不断提高。它在陀螺仪市场占有重要地位，率先在汽车和消费电子领域得到大量应用。随着性能的进一步提高，MEMS陀螺仪的应用也已扩展到工业、航空航天等领域，使其在惯性系统应用领域得到极大拓展。

最便宜和被广泛使用的MEMS陀螺仪使用了尽可能少的模拟电路，数字电路基本没有。这些陀螺仪的输出阻抗相对较高，输出信号中存在较大值的直流偏置。因此减少直流偏置和提高输入电路阻抗的重担落在了系统设计师身上。

如今，MEMS陀螺仪被广泛用于各种消费类设备，如数码相机的图像防抖、笔记本电脑的硬盘保护和数字罗盘。陀螺仪还在汽车的电子稳定控制(ESC)系统中得到了很好的应用。随着工业和消费类机器人的发展，陀螺仪将有望在这两个市场大显身手，并有助于满足组装线上提高自动化程度的要求。在机器人中，陀螺仪将有助于自动控制系统控制机器人手脚的移动和平衡。

MEMS陀螺仪的应用：

MEMS陀螺仪定位功能

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。

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。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。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。

在载人航天中的应用

航天器交会对接是载人航天工程的一项关键技术，而航天器相对定姿又是在交会对接中首要解决的关键问题。我国载人航天飞船的制导与控制系统使用的是挠性捷联惯性测量单元，用于测量飞船转动的角速率及平移加速度。载人航天飞船的手控交汇对接制导与控制系统使用的是捷联惯性测量单元，用于测量飞船转动的角速率及平衡加速度，同时负责手动交汇对接任务。目标飞行器的制导与控制系统使用的是光纤陀螺组合，用于测量其转动角速率，以控制稳定飞行器的姿态，保证飞行器的稳定性，同时，还负责与飞船进行交汇对接。

资源勘探

在资源勘探中，主要用于测量井眼轨迹和钻头的实际位置，以保证井深达到预定位置。随着石油资源勘探开发的日益复杂，对精度更高、性能更可靠的石油倾角仪提出了更高的要求。惯性技术的应用可以满足这一需求。利用高精度、高分辨率的ER-MG2-300/400，在钻井过程中精确测量斜角、方位角、工具面角等工程参数，实现井眼轨迹和钻头位置的实时监测。

医疗应用

MEMS陀螺仪在一些医疗设备中也发挥着重要作用，例如在一些生物力学分析和健康监测设备中。在这些应用中，陀螺仪可以帮助测量和记录患者的身体运动，如步态分析、康复治疗等。

无人驾驶系统

无人驾驶汽车和无人飞机都依赖MEMS陀螺仪，来帮助确定其定位和导航。通过感测不同轴向的角速度，无人驾驶系统能够了解其在空间中的运动和旋转情况。

总的来说，MEMS陀螺仪是一种非常强大的传感器，它已经在许多领域得到了广泛的应用，而且有望在未来发挥更大的作用。随着科技的不断进步，我们可以期待MEMS陀螺仪将继续改变我们的生活，帮助我们更好地理解和掌握物体的运动。