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      科普知識
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      應變式壓力傳感器

      陀螺儀的創新應用

      發布日期:2022-08-21 點擊率:69

        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”,知道主人在哪里,興趣是什么,并提供相應的服務。除了以上幾種,還有很多應用領域值得廠商們去探索。林尚宏推薦了下面幾種創新的應用方式供參考。

        1.游戲

        可通過陀螺儀實現高速游戲,如高爾夫、羽毛球和斗劍等。這些游戲要偵測到很快速的揮動,這對目前的加速度傳感器來說,是很大的挑戰。“泰格?伍茲揮桿時,桿頭在0.2s內達到180km/s的速度,這相當于瞬間的加速度達到11個重力加速度。現在面向消費電子類的加速度傳感器測量范圍達不到這么大。如果利用陀螺儀則可以精確地偵測到這個快速揮動,揮桿時桿頭角速度約為1,800°/s,相當于1s揮5~6圈,這在陀螺儀角速度偵測范圍內,因此可以很好地模擬出這個游戲的真實場景。”林尚宏表示。

        另一種如射擊類游戲要求設備保持不動,然后做很細微的調整后進行射擊。這種游戲要求高精度和低干擾,現有的加速度傳感器不能達到該要求。林尚宏舉例說,“我們假設射擊游戲的誤差角度為±5°,換算給加速度傳感器后,cos5°相當于3~4‰的重力加速度,現有的加速度傳感器精度達不到這個量級,沒法瞄準射擊。陀螺儀可以偵測到很細微的手的抖動,干擾也很低,拿著10s不動時偏移才0.05°左右,很適合用于這種瞄準的游戲。”

        2.人機界面

        在人機界面領域,陀螺儀也可以進行很好的創新。早在兩三年前,羅技就在其鼠標上添加陀螺儀和加速度傳感器實現指示器(激光筆)的功能。現在,通過陀螺儀,可以在消費電子產品上實現手勢的輸入,比如在空中寫字,或者通過晃動、振蕩等方式實現手勢對設備功能的控制。陀螺儀對角速度的偵查很精準,甚至還可以實現識別簽名等生物特征,因此可以用手勢簽信用卡、支票,實現ECash的應用。“手勢控制的另一個好處是可以為消費電子省電。當你依靠手勢進行某些功能的控制時,不需要開啟屏幕背光。例如打電話給爸爸,握著手機在空中寫一個‘D’,手機就自動撥號給爸爸,而不需點亮屏幕進行撥號,這種方式可以大大節省屏幕背光的耗電量。”林尚宏補充道。

        3.定位功能

        利用陀螺儀可以對GPS和電子羅盤進行補充。例如在隧道或停車場等地,GPS會丟失信號,這時陀螺儀可以根據車子運動的方向和速度,輔助盲區導航;在立交橋等立體道路上,GPS無法識別汽車在哪一層,陀螺儀則可以通過偵測到汽車上坡的動作,根據速度推算汽車到了第幾層。盲區導航功能如果用加速度傳感器來實現,需要先去除重力加速度,測得線性加速度,再根據車速推算車的行徑軌跡,運算起來比較復雜;而如果用電子羅盤來實現盲區導航時,則容易出現漂移,需要對導航儀畫“8”字形進行校正,從而識別和去掉雜磁。這個校正的動作對司機來說很不方便,但如果配合陀螺儀使用,則可以在很小的位移范圍內快速實現電子羅盤的校正。

        除了汽車導航外,還可以通過陀螺儀實現行人盲區導航。不過林尚宏指出,行人的盲區導航比車子的盲區導航更難,因為車子的運行相對簡單,而行人將設備放在不同位置時測得的數據相差很大,例如放腰部和放腿部檢測到的信號跳動不一樣,需要傳感器濾波。實現行人的盲區導航是一項浩大的工程,目前還正在探討過程中。

        4.影像防手震

        目前有兩種實現方式,一是EIS(電子防手震),另一種是OIS(光學防手震)。陀螺儀目前已經被廣泛使用在了EIS上,通過兩軸陀螺儀檢測到手震動,快速實現幾次重復拍照,然后把手震動前后拍下的照片中影像重復的地方切下來。如果配合電子羅盤使用,還可以做到絕對位置的修正。“用陀螺儀實現防手震有很多好處,比如精確,使得圖片疊加的質量更好;陀螺儀檢測到的是攝像頭本身的震動,可以與物體的震動區分開來,避免誤操作;同時還可以與其他傳感器做配合等。”林尚宏指出。姜正耀則表示,影像防抖動的功能即將被應用到手機中去。“陀螺儀應用在游戲機中時,只需要6%的精度就夠用,而手機需要的精度高很多。Invensense現在有1%精度的產品供手機使用,在2011年上半年,就將有實現了影像防抖動技術的手機面市。”他介紹道。當手機借助陀螺儀實現了EIS之后,對可視電話功能有很大的幫助。因為影像抖動時,數據量很大,陀螺儀對影像進行防抖處理后數據量將大幅減少,再傳輸時既可以節省無線帶寬,又可提高幀幅,從而優化視頻的清晰度和流暢度。

        此外,還可以實現計步器應用,以及通過攝像頭將設備的運動和實景相結合等應用。

        

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