实时焦点：智能手机离不开陀螺仪，什么是陀螺仪？它是怎么发挥作用的？

2022-09-01 09:48:43 来源：科普中国

将一个陀螺放置在桌面上，它会向一个方向倾倒，但如果将其旋转起来，它便能够稳稳地立在桌子上，只要旋转不止，它就不会倾倒。

一个旋转着的陀螺的稳定性与这个陀螺的转速有着直接的关系，转速越快，陀螺就越稳。这是因为旋转着的物体都有一个转轴，这个转轴的方向是不容易轻易改变的，这是由旋转物体的特性所决定的，转动速度越快，转轴的方向便越难以改变。所以当我们为一个旋转的陀螺提供一个支点，那么这个陀螺便会竖直地在支点上转动，转轴始终指向上方，但是如果我们将旋转的陀螺以一定的倾斜角度放置在这个支点上，它就会保持原有的倾斜角度在支点上转动，同时陀螺本身还会围绕支点做圆周运动。

(相关资料图)

根据陀螺的特性，人类设计出了另一个东西，那就是陀螺仪。

陀螺仪从外表看起来与陀螺很是类似，而实际上它也就是将一个旋转着的陀螺安装在了一个万向支架上。由于转动着的陀螺的转轴方向很难改变，所以不论我们如何转动万向支架，中心的陀螺都能够始终保持稳定，而不出现方向上的改变。这看起来似乎很是奇妙，但我们的古人其实早就制造出了类似的东西。如果你喜欢看一些古装宫斗剧就会发现，里面的妃嫔在冬天的时候总是挂着一个球形的镂空暖炉，里面装有炭火，这些炭火为什么不会倾泻出来将人烫伤呢？

古代暖炉中的炭火之所以不会倾泻出来，就是因为这个暖炉的结构就是一个万向支架，支架的中心装有炭盆，无论外部的结构如何晃动，里面的炭盆都能够保持稳定，所以炭火不会掉出。

我们所说的陀螺仪其实就是把球形暖炉中间的炭盆换成了陀螺。那么陀螺仪有什么用呢？它的作用就是测量物体的姿态。因为陀螺仪中心的陀螺方向不会发生变化，所以当我们将一个陀螺仪安置在一个物体之中时，只需要测定陀螺仪外部支架与陀螺之间各个方向的角度，就可以测定一个物体的具体姿态了。在日常生活中，很多东西都需要用到陀螺仪，下到航海，上到航天，当然还有我们的手机。

陀螺仪是智能手机不可或缺的一个重要部件，没有陀螺仪，那么智能手机的多数功能基本无法实现，因为很多功能都需要精确了解手机的具体姿态。

虽说手机少不了陀螺仪，但怎么看，我们的手机里都不像是装备了这个东西，因为手机内部的空间实在是有限，似乎没有安装这个东西的地方。事实上如果我们将手机拆开，确实也看不到陀螺仪，这是怎么回事呢？手机中的确安装有陀螺仪，但是手机中的陀螺仪与刚才我们所讲的陀螺仪并不相同，它虽然也叫做陀螺仪，但与陀螺就没有什么关系了，从外观上来看，它就是一个边长只有几毫米的黑色小方块。

这个黑色的小方块有着一个名字，叫做“微机电陀螺仪”。

微机电陀螺仪虽然也叫陀螺仪，但无论是外在还是内在，都与陀螺没有什么关系，它之所以能够测定物体的姿态，是利用了科里奥利力。科里奥利力是由法国气象学家科里奥利所提出的，简言之就是在一个旋转的系统里，如果有一个直线移动的物体，那么就会受到这个旋转系统的影响，移动路线发生偏转，变为一条曲线。地球在自转，所以地球就是这样一个旋转系统，由于地球自西向东旋转，所以在北半球，不论从哪个方向吹来的风，都会向右偏转，而在南半球则恰好相反，风会向左偏。

明白了科里奥利力，就可以来说说微机电陀螺仪了。

微机电陀螺仪内的主体就是一个质量块，这个质量块会在交替变化的电压作用下做来回振荡运动，这种运动本质上就是一种直线运动，当陀螺仪开始转动时，受科里奥利力的影响，这个水平振荡的陀螺仪就会发生偏转，也就是说此时它不仅有水平运动，还有垂直运动。运动方式的改变会使电容值发生微小的变化，而通过感知这种微小的变化就可以了解物体姿态的变化。当然，单个微机电陀螺仪只能感知一个方向上的姿态变化，但在手机中装上两三个，就能够全方位准确识别手机的姿态，毕竟这个东西很小，也不占什么地方。

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关键词：科里奥利力智能手机这个东西