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標題: 什么是陀螺儀？為什么手機離不開它？ [打印本頁]
作者: twq19810302    時間: 2022-10-10 10:15
標題: 什么是陀螺儀？為什么手機離不開它？
本帖最后由 twq19810302 于 2022-10-10 10:16 編輯
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將一個陀螺放置在桌面上，它會向一個方向傾倒，但如果將其旋轉起來，它便能夠穩穩地立在桌子上，只要旋轉不止，它就不會傾倒。6 H$ a- N# {& x" @- V2 o

1 G/ {2 r* A2 N0 A一個旋轉著的陀螺的穩定性與這個陀螺的轉速有著直接的關系，轉速越快，陀螺就越穩。這是因為旋轉著的物體都有一個轉軸，這個轉軸的方向是不容易輕易改變的，這是由旋轉物體的特性所決定的，轉動速度越快，轉軸的方向便越難以改變。所以當我們為一個旋轉的陀螺提供一個支點，那么這個陀螺便會豎直地在支點上轉動，轉軸始終指向上方，但是如果我們將旋轉的陀螺以一定的傾斜角度放置在這個支點上，它就會保持原有的傾斜角度在支點上轉動，同時陀螺本身還會圍繞支點做圓周運動。
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根據陀螺的特性，人類設計出了另一個東西，那就是陀螺儀。, |7 d7 `6 U% i$ M, p

4 @% H2 N5 l7 l+ w  q2 Q陀螺儀從外表看起來與陀螺很是類似，而實際上它也就是將一個旋轉著的陀螺安裝在了一個萬向支架上。由于轉動著的陀螺的轉軸方向很難改變，所以不論我們如何轉動萬向支架，中心的陀螺都能夠始終保持穩定，而不出現方向上的改變。這看起來似乎很是奇妙，但我們的古人其實早就制造出了類似的東西。如果你喜歡看一些古裝宮斗劇就會發現，里面的妃嬪在冬天的時候總是掛著一個球形的鏤空暖爐，里面裝有炭火，這些炭火為什么不會傾瀉出來將人燙傷呢？  r& ?0 {# r& h  [5 |8 S
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古代暖爐中的炭火之所以不會傾瀉出來，就是因為這個暖爐的結構就是一個萬向支架，支架的中心裝有炭盆，無論外部的結構如何晃動，里面的炭盆都能夠保持穩定，所以炭火不會掉出。
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我們所說的陀螺儀其實就是把球形暖爐中間的炭盆換成了陀螺。那么陀螺儀有什么用呢？它的作用就是測量物體的姿態。因為陀螺儀中心的陀螺方向不會發生變化，所以當我們將一個陀螺儀安置在一個物體之中時，只需要測定陀螺儀外部支架與陀螺之間各個方向的角度，就可以測定一個物體的具體姿態了。在日常生活中，很多東西都需要用到陀螺儀，下到航海，上到航天，當然還有我們的手機。% A! A5 U5 o6 w& ^3 b

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陀螺儀是智能手機不可或缺的一個重要部件，沒有陀螺儀，那么智能手機的多數功能基本無法實現，因為很多功能都需要精確了解手機的具體姿態。+ H! Z& S1 a8 s! V8 X0 Q2 N
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雖說手機少不了陀螺儀，但怎么看，我們的手機里都不像是裝備了這個東西，因為手機內部的空間實在是有限，似乎沒有安裝這個東西的地方。事實上如果我們將手機拆開，確實也看不到陀螺儀，這是怎么回事呢？手機中的確安裝有陀螺儀，但是手機中的陀螺儀與剛才我們所講的陀螺儀并不相同，它雖然也叫做陀螺儀，但與陀螺就沒有什么關系了，從外觀上來看，它就是一個邊長只有幾毫米的黑色小方塊。
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這個黑色的小方塊有著一個名字，叫做“微機電陀螺儀”。
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7 v$ k# a5 k$ C5 I4 @微機電陀螺儀雖然也叫陀螺儀，但無論是外在還是內在，都與陀螺沒有什么關系，它之所以能夠測定物體的姿態，是利用了科里奧利力。科里奧利力是由法國氣象學家科里奧利所提出的，簡言之就是在一個旋轉的系統里，如果有一個直線移動的物體，那么就會受到這個旋轉系統的影響，移動路線發生偏轉，變為一條曲線。地球在自轉，所以地球就是這樣一個旋轉系統，由于地球自西向東旋轉，所以在北半球，不論從哪個方向吹來的風，都會向右偏轉，而在南半球則恰好相反，風會向左偏。
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明白了科里奧利力，就可以來說說微機電陀螺儀了。0 |4 P! o  j& K/ b1 w

8 s& [* T% g9 r+ Z/ r微機電陀螺儀內的主體就是一個質量塊，這個質量塊會在交替變化的電壓作用下做來回振蕩運動，這種運動本質上就是一種直線運動，當陀螺儀開始轉動時，受科里奧利力的影響，這個水平振蕩的陀螺儀就會發生偏轉，也就是說此時它不僅有水平運動，還有垂直運動。運動方式的改變會使電容值發生微小的變化，而通過感知這種微小的變化就可以了解物體姿態的變化。當然，單個微機電陀螺儀只能感知一個方向上的姿態變化，但在手機中裝上兩三個，就能夠全方位準確識別手機的姿態，畢竟這個東西很小，也不占什么地方。2 a- F- j: u) w: Q# D& N
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