感測器與微機電
MEMS 陀螺儀(MEMS gyroscope)
陀螺儀量測「轉動」——你正以多快的速度旋轉——而 MEMS 版本根本沒有任何旋轉的輪子;它靠的是一種幽靈般的力,叫做科氏力(Coriolis effect)。想像你在旋轉的旋轉木馬上,直直朝圓心走去:在旁人眼中你會被一股看不見的力推得往側邊偏。MEMS 陀螺儀做出一個微小的音叉或環,讓它持續來回振動;當整顆晶片轉動時,這個振動就被科氏力往側邊推一下,而這側向的推力正比於晶片轉動的快慢。把這側向位移(一樣是電容變化)感測出來,就量到了角速度。
它的輸出是「每秒幾度」(°/s)、不是角度——所以要知道你的朝向,就得把角速度對時間積分,這意味著一個微小的固定誤差(偏壓,bias)會慢慢累積成越來越大的角度誤差,稱為漂移(drift)。便宜的手機陀螺儀可能每分鐘漂個幾度,導航等級的則小得多。這正是陀螺儀幾乎從不單獨使用的原因:它能給出快速平順的短期轉動、卻會在幾分鐘內走偏;而加速度計能給出有雜訊、但有絕對參考的「下」方向。感測器融合濾波器把兩者結合:讓陀螺儀處理快速動作、讓加速度計安靜地修正長期漂移——這正是每架無人機、每支手機、每個 VR 頭盔內部的搭檔關係。
F_Coriolis = 2 · m · (v × ω)
MEMS 陀螺儀裡沒有輪子、沒有萬向架、也沒有任何看得見的旋轉物——「陀螺儀」這名字是向它所取代的傳統飛輪儀器借來的。別把陀螺儀(量「角速度」)和加速度計(量線性加速度)搞混;手機的「姿態」感測需要兩者,而要有絕對方位通常還得加上一個磁力計。
又称
另见