手机怎样知道自己在转？
手机里的陀螺仪通常不是一只小飞轮，而是芯片上一块来回振动的小结构。芯片转动时，小结构会多出横向运动；电路读出这种变化，就能知道转向和转得多快。
把一小段一小段的转动累加，可以估计转过多少角度。但小误差也会累积，所以手机还会结合其他传感器的信息来帮助判断。
先做两个小比较
- 先让芯片不转，只看小结构来回振动。
- 反转芯片的转向，看横向响应怎样改变。
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手机里，藏着一只高速旋转的小陀螺吗？
手机转了，游戏画面为什么会跟着转？芯片里通常没有小飞轮，而有一块来回振动的小结构。看它在手机旋转时怎样多出横向运动，再看电路如何据此读出转动。
你转动手机，游戏里的视角也跟着转。手机知道这次转动，靠的常常是陀螺仪测到的角速度，再由计算得到姿态。角速度回答“现在转得多快”，姿态回答“现在朝向哪里”，它们是不同的量。Android 传感器概览也将陀螺仪与旋转向量传感器分开列出。
先看传统的自由转子。一个高速旋转的轮子有角动量；在外力矩很小时，转轴在惯性空间中的方向近似保持不变。万向环让支架可以改变方向，而不必强行扭动转轴。因此，支架与转轴之间的相对方向可以提供参照。演示选用理想无摩擦、无外力矩的情形；受重力矩的陀螺会发生进动，不能把所有陀螺的轴都说成“永远不动”。NASA 的陀螺仪教学活动使用自行车轮展示这些角动量现象。
手机里的常见 MEMS 陀螺仪走另一条路。MEMS 是微机电系统：在硅芯片上做出质量块、弹簧和电极。电子电路持续驱动质量块沿一个方向来回振动。当芯片同时绕垂直于芯片的轴旋转，振动的质量块在芯片参考系中受到横向的科里奥利力。旋转方向改变，横向力的方向也改变；振子往回运动时，力同样反向。
横向振动改变检测电极的电容，电子电路把这个极小信号读出来，再与已知的驱动节奏做同步解调，分辨旋转方向与大小，得到角速度。图中上下两个电容是差动检测的简化结构；真实产品的结构并不都相同。ADI 的 MEMS 角速度传感器原理说明了振动、科里奥利响应与电容检测这条链路。
先看转动，再看停下后的数值
- 在自由转子章，跟住淡蓝色的轴线：支架变了，理想转轴的惯性方向没有跟着变。
- 在 MEMS 章，先看芯片静止时的驱动振动。没有旋转，仍有左右运动，但没有由旋转引起的横向响应。
- 进入自由探索，把“芯片角速度”从正值改成负值，再缓慢拖动“振动相位”。绿色箭头表示驱动速度，金色箭头表示瞬时横向力。横向位移不是力的即时复制，弹簧与阻尼会造成相位差。
- 在角度累积章，跟住同一次转动：角速度曲线下的面积增加，累计转角也增加。停下以后，角速度回到零，已经积出的 60° 仍然保留。
- 在漂移比较章，两部手机都真实静止。仅用带零偏的陀螺读数积分，估计姿态逐渐歪斜；加入可信的重力参照后，横滚误差受到约束。关闭重力修正，就能看到两边使用同一零偏时一起漂移。
科里奥利力怎样变成角速度读数？
取芯片平面内的驱动方向为 x，横向检测方向为 y；正旋转 Ω 指向芯片外。以芯片为旋转参考系，质量块沿 x 的速度为 vₓ 时，横向科里奥利力为：
图中 x 向右、y 向上，所以正旋转且向右运动时，力指向下。反转 Ω 或 vₓ，都使 Fᵧ 反向。设横向弹簧刚度为 k，阻尼为 c，则质量块满足：
模型用这个受迫振子方程的稳态解计算位移，再用理想平行板关系 C = εA/d 算上下电容。它假设两组电极的有效面积相同，横向位移改变两边间隙；角速度读数由稳态响应的两路正交分量与已知传递函数恢复，代表跨周期的同步解调；并非从某个瞬时电容直接读出角速度，也不实现真实器件的完整解调电路。模型中的驱动频率 4 kHz 是教学参数，显示被放慢；左右与横向位移分别放大，画面不能用来量尺寸、频率或两方向位移比例。它没有模拟某款手机芯片的制造结构、完整电路、闭环反馈或噪声。
为什么停着不转，姿态却可能慢慢漂？
对固定单轴转动，角速度乘每一小段时间，再逐段累加，就得到相对初始角度的变化：
陀螺仪的读数并不完美。静止时残留的微小非零读数叫零偏；如果残余零偏恒定为 b，纯积分误差就按 b × t 增长。本篇用 0.35°/s 展示：60 秒后会积出 21°，这只是教学例子，不是手机精度承诺。真实零偏还可能随温度与时间变化，并有噪声。ADI 的零偏漂移说明解释了积分为何会积累误差。
加速度计在静止或线性加速度可忽略时，可以借重力提供倾斜参照，用于约束横滚与俯仰。只绕竖直轴改变航向，重力方向不会改变，所以重力不能独自修正航向漂移。 持续加速时，加速度计的读数也不能简单当作重力方向。ADI 的倾角测量应用说明明确了使用重力测倾角的前提。
漂移比较选用一维互补修正，误差满足 e′ = b − e/τ，采用 τ = 2 秒，便于看出长期约束。真实三维姿态通常使用旋转矩阵或四元数更新；不能把三个轴的角速度分别积分后，直接当作任意姿态下的三个欧拉角。
手机和导弹，使用的是同一种东西吗？
它们都可能需要感知自身的转动，但器件与后续系统可以很不同。手机常用体积小、功耗低的 MEMS 陀螺仪，与加速度计等数据融合，用于姿态交互、运动跟踪和防抖等功能。简单的横竖屏判断还可以主要依赖加速度计，不能说“手机自动转屏一定由陀螺仪负责”。Bosch 的运动传感器说明列出了面向手机等设备的 MEMS 惯性测量单元。
一般飞行器，包括使用惯性导航的导弹，会用陀螺仪追踪机体转动；加速度计测量比力，计算机结合姿态、重力模型和已知的初始位置与速度，估计速度与位置的变化。陀螺仪本身既不测位置，也不产生目的地。长期运行还会积累误差，可结合适用的外部信息校正。
高精度系统还可能使用光纤陀螺仪或环形激光陀螺仪，它们比较相反方向传播的光产生的旋转相关差异，并不依赖 MEMS 振子。具体飞行器用哪一种取决于系统设计，不能根据用途一概判断。ESA 的惯性测量单元项目展示了三轴陀螺仪与三轴加速度计的组合，以及光纤陀螺仪和 MEMS 加速度计的方案。