本期看点

① 陀螺仪为什么可以旋转不倒？

② 技术创新和消费增长推动陀螺仪市场的发展

③ 陀螺仪传感器赋能产业数字金融和产业数字化

疫情之后，孩子都在家上网课，辅导功课成为不少家长直面的难题，年轻家长们纷纷晒出自己辅导小孩做作业的“血泪史”，还有的晒出了自己孩子挨打前和挨打后的作业对比，称孩子是属“陀螺”的，不抽不转。当然，体罚孩子肯定是不正确的教育方式，但不抽不转这个比喻，倒是很生动地阐释了陀螺的特质。

陀螺旋转的背后是一项物理学的现象，利用该原理，制作成陀螺仪传感器后，其应用价值广泛延伸至工业、国防、消费电子等领域。

1、陀螺仪为什么可以旋转不倒？

“陀螺”这个术语最早是由法国物理学家博科提出的，在英语中它是沿轴“回转体”的意思，中国有种玩具叫竹片蜻蜓，利用的也是这个原理。照此推理，杂技中的转碟、耍盘子，甚至还有地球等，都可以叫做陀螺。

陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，陀螺仪的中间部份就是我们熟悉的陀螺。从第一台真正实用的陀螺仪器问世至今已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。

世界上第一个陀螺仪——傅科陀螺仪

人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的定轴性（inertia or rigidity）。除此之外，陀螺仪的另一个基本特性是它的进动性（precession），陀螺被抽动之后，除了本身自旋之外，还有在地面上绕行直至倒地为止的这种绕行运动就是陀螺进动。陀螺仪运动特性的理论是以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。

作为角速度传感器，陀螺仪就是用于测量物体旋转角度和快慢的传感器。其工作原理基于科里奥利力的原理：当一个物体在坐标系中直线移动，假设坐标系做一个旋转，在旋转的过程中，物体会感受到一个垂直的力和垂直方向的加速度。

台风的形成就是基于这个原理，地球转动带动大气转动，如果大气转动时受到一个切向力，便容易形成台风，而北半球和南半球台风转动的方向是不一样的，用一个形象的比喻解释了科里奥利力的原理。

刚刚过去的台风“烟花”的星云图

2、技术创新和消费增长  推动陀螺仪市场的发展

陀螺仪最早应用于航空、航天和航海等领域。随着陀螺仪传感器成本的下降，现在很多智能手机都集成有陀螺仪传感器，用于导航、拍摄防抖、增强游戏体验等，未来还可以帮助手机实现很多增强现实的功能，通过手机、电脑的处理能力，让人们对现实中的物体有更深入的了解。

比如，手机等商用陀螺仪大都采用MEMS技术，战术陀螺仪则使用光纤技术，导航陀螺仪和战略陀螺仪大部分采用激光技术。 MEMS陀螺仪由于体积小、成本适中、性价比高等特点，在民用导航、监控领域及消费类市场更容易得到普及和应用，是惯性导航民用领域应用最为广泛的陀螺仪。由于市场投资的增加，技术创新正在带来更高的性能和更低的成本，正在扩大多个行业的陀螺仪系统市场的增长。

据市场调研机构Mordor Intelligence统计，2020 年全球陀螺仪市场规模 22.33 亿美元，预计到 2026 年将达到 28.97 亿美元，并在2021-2026 年将以 4.44% 的年复合增长率增长，其中，MEMS 陀螺仪市场的年复合增长率为 9.48%，高于市场平均增幅。

在行业内，生产消费类和汽车级陀螺仪的国外厂商包括博世、意法半导体、应美盛等。生产工业级陀螺仪的国外厂商，包括亚德诺半导体、日本村田制作所、应美盛等。

3、陀螺仪传感器  赋能产业数字金融和产业数字化

随着人工智能和物联网技术的发展，陀螺仪等传感器的应用场景将更加多元。物联网生态系统的核心是传感、连接和计算，随着互联节点的不断增长，对传感器数量和智能化程度的要求也会不断提升。未来，智能家居、工业互联网、车联网、智能城市等产业领域都将为传感器行业带来更广阔的市场空间。

未来，MEMS陀螺仪的发展主要有四个方向: 高精度： 以满足日益精细化、智能化的应用需求; 微型化：以实现便携、分布式应用要求; 高集成度：以完成多种功能高密度组合; 适应性强：以适应复杂应用环境，拓宽应用范围。

除了硬件设备之外，软件正成为传感器的重要组成部分，随着多种传感器进一步集成，越来越多的数据需要处理，软件使得多种数据融合成为可能，未来将有更多具有软件融合功能的智能传感器，促进人工智能在传感器领域更广阔的应用。

产业数字金融场景中，运用陀螺仪等各种物联传感器，采集产业链上企业真实生产、经营数据提供给金融机构，让金融机构看得清、摸得透，从而为这些企业提供更好的金融服务。之后，通过智能化传感器也可实现对企业工厂、货物等场景中的资产实时监控，让金融机构真正贷后无忧。

参考文献：
   [1]传感器与应用专辑：《MEMS 惯性传感器现状与发展趋势》
   [2]《工业和汽车级MEMS陀螺仪的应用》
   [3]头豹研究院：《2020年中国惯性导航行业概览》
   [4]Mordor Intelligence：MEMS GYROSCOPE MARKET - GROWTH, TRENDS, COVID-19 IMPACT, AND FORECASTS (2021 - 2026)
   [5]宸元资本：《2021年MEMS传感器产业链变化与趋势》
   [6]制造原理：《陀螺仪为何旋转不倒，原理是什么？》
   [7]传感器专家网：《全球陀螺仪竞争格局：国产距离第一梯队还有多远？》