ipod touch4中陀螺仪的原理
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三轴陀螺仪
角速度传感器和加速度传感器不一定是陀螺仪，只是简单的加速度计。飞机、轮船或导弹中的指示器是方向指示器，它是一个安装在小框架上的小飞轮(陀螺仪)，可以自由转动。在这种装置中，轴承的摩擦力矩很小，可以忽略不计。另一方面，刚性结构高度对称，其质心集中在连杆中心。这样，当飞轮绕着自己的对称轴高速旋转时，无论车架的朝向如何变化，其中心轴的空间朝向都保持不变。(专业的说法是方向标的合力力矩为零，其角动量守恒。)这是方向指示器的一个重要特征。如果在飞机上安装三个方向指示器，三个小飞轮的转轴相互垂直，飞行员就可以通过指向飞轮轴相对于机身的位置来确定飞机的空间方位。船上装有方向指示器，海员可以用它来确定海船的航向。鱼雷和火箭也装有方向指示器，起到自动导航的作用。在鱼雷前进过程中，方向指示器的轴向保持不变。当鱼雷的航向因风浪的影响而改变时，鱼雷的纵轴会与方向指示器产生偏差。此时可以启动相关仪器改变舵角，使鱼雷回到原来的航向。在火箭中，飞行方向是通过改变喷射方向来修正的。在工程上，陀螺仪是一种可以精确确定运动物体方位的仪器。是现代航空、航海、航天和国防工业中广泛使用的惯性导航仪器。它的发展对一个国家的工业、国防和其他高技术的发展具有重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械陀螺仪，对工艺结构要求高，结构复杂，精度受到多方面的制约。自20世纪70年代以来，现代陀螺仪的发展进入了一个新阶段。1976等人提出了现代光纤陀螺的基本思想。80年代以后，现代光纤陀螺发展非常迅速，与此同时，激光谐振陀螺也有了很大发展。由于光纤陀螺具有结构紧凑、灵敏度高、工作可靠等优点，在许多领域已经完全取代了传统的机械陀螺，成为现代导航仪器中的关键部件。伴随着光纤陀螺的发展，不仅有环形激光陀螺，还有现代集成振动陀螺，集成度更高，体积更小，也是现代陀螺的一个重要发展方向。现代光纤陀螺包括干涉型陀螺和谐振型陀螺，这两种陀螺都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的:当光束在环形通道中传播时，如果环形通道本身具有旋转速度，那么光束在通道旋转方向上的传播时间要比在相反方向上的传播时间长。也就是说，当光学回路旋转时，光学回路的光路会相对于静止时回路的光路在不同的方向上发生变化。利用这种光路的变化，如果通过在不同方向上前进的光之间的干涉来测量环路的旋转速度，则可以制造干涉型光纤陀螺仪。如果利用这种光程的变化，即通过调节光纤环路中光的谐振频率，然后测量环路的转速来实现环路中循环光之间的干涉，就可以制造出谐振式光纤陀螺。从这个简单的介绍可以看出，干涉型陀螺仪的光程差较小，所以它要求的光源可以有较大的光谱宽度，而谐振型陀螺仪的光程差较大，所以它要求的光源必须具有良好的单色性。2010年，苹果创新性地在新产品iPhone 4中放了一个“三轴陀螺仪”，让iPhone的方向感更加智能。从此，手机也像飞机一样有了“感应”，它能知道自己在什么位置。
编辑手机在这一段的应用。
近日，两家技术研究机构对iPhone4中的新型MEMS陀螺仪进行了详细的拍照研究，挖出了iPhone4中新型陀螺仪的一些奥秘。这些机构还指出，这种陀螺仪设计原本计划添加到苹果iPad平板电脑的另一款新产品中，但后来因为某种原因放弃了，但有可能在下一代iPad中添加这一功能。UBMTechInsights网站发现，iPhone4使用的陀螺仪芯片其实是意法半导体公司的产品，是一种三轴陀螺仪芯片，而这家公司也为iPhone和iPad产品提供加速度传感器芯片。TechInsights的高级分析师史蒂夫·比顿(Steve Bitton)发现，苹果iPad型号的主板上有一个空置的芯片位。空置芯片的面积刚好符合iPhone4中陀螺仪芯片的尺寸，空置芯片的位置刚好在加速度传感器芯片旁边，也靠近处理器芯片。这一发现表明，苹果原本计划在iPad上安装这种三轴陀螺仪，但他们最终放弃了这一计划。也许将来他们会把这个芯片加到iPad上。然而，iPad主板上为这一空间预留的引脚数量与意法半导体为iPhone4开发的陀螺仪芯片并不一致，而是与另一家制造商InvenSense开发的类似功能芯片一致。陀螺仪“苹果iPad刚上市的时候，InvenSense是市场上唯一一家可以提供三轴数字陀螺仪芯片的厂商，所以当时苹果可能有意选择这家厂商的芯片。可以看出，苹果确实计划在iPad中加入陀螺仪芯片，但最终放弃了这个计划。”IFixit更进一步，对iPhone4的陀螺仪内部结构进行了拍照和分析。他们还发现，这个芯片是意法半导体制造的，芯片的包装上印有“AGD1 2022 FP6AQ”的字样。这个MEMS(微电机系统)陀螺仪芯片集成了一个微电机系统，可以用来测量手机的运动方向数据。通过拍摄芯片的x光照片，研究人员发现这种芯片与意法半导体公司推出的L3G4200D非常相似。该芯片包含一个微型磁体，在手机旋转时产生的科里奥利力的作用下，可以在X、Y、Z、Y、Z方向上位移。利用这个原理，可以测出手机的移动方向。芯片核心的另一部分可以将相关的感应数据转换成iPhone4可以识别的数字格式。此外，iFixit和Chiwporks的网站还放了一些其他MEMS陀螺仪芯片的放大图，感兴趣的读者可以欣赏一下: