陀螺仪最初很可能是一种简单的儿童玩具——“陀螺”。也许将一根棍子插入橙子的底部并旋转它是第一个旋转的陀螺——当旋转得足够快时，水果在棍子上保持平衡，直到它减慢速度，开始摇晃，最后翻倒。魔法！很难推测是谁、何时何地首次发现了这个看似反重力的奇迹，然而，它已经经历了岁月的洗礼，并最终成为人类导航的固有组成部分。
旋转物体如何使其在一点上保持平衡的魔力让世界各地的年轻人大开眼界（至少在电视和数字时代的黎明之前），并引起了更成熟的思想家的浓厚兴趣，他们试图理解这一点奇迹般的、不可能的平衡有可能发生。陀螺仪如何保持直立和平衡（即使放置在倾斜的表面上）很可能引发了后来成为陀螺仪的想法。
使用中心有销钉的扁平圆盘作为旋转陀螺使平衡现象更容易观察到。增加圆盘的质量，特别是当其大部分重量朝向圆盘的外侧时，并增加旋转速率，延长了旋转引起的平衡的持续时间。圆盘旋转得越快或转动惯量越大，其角动量就越大。
为了更仔细地观察而开发的方法是在机械框架内捕捉旋转的圆盘，这样就可以在不接触圆盘的情况下对其进行操纵。为此，陀螺轴的每一端都使用轴承或其他方式连接到框架，以最大限度地减少轴和框架之间的摩擦。将框架中的圆盘旋转起来，然后以不同角度握住框架，会产生一个令人着迷的现象，旋转的圆盘抵抗其重新定位。第一批观察者不知道的是，这只“看不见的手”实际上是所谓的陀螺进动的效应。
陀螺仪进动是旋转物体对其旋转轴倾斜的反应。根据右手定则，旋转物体以垂直于外部影响及其旋转轴的扭矩响应倾斜。虽然对于框架内的圆盘来说这可能很难可视化，但更直观的例子是不平衡旋转陀螺的行为。不平衡的顶部不会翻倒或自行恢复原状，这两种情况都会违反角动量守恒定律，而是会以圆形模式移动。更具体地，由于陀螺仪进动，反作用扭矩围绕与重力施加的扭矩成90°的轴线作用，从而产生圆周运动。陀螺仪进动本质上是如何，当外部扭矩力施加到旋转物体以使其旋转轴倾斜时，否则该物体的旋转轴会倾斜，反作用力不会像人们所期望的那样直接抵抗该扭矩力。相反，该阻性扭矩发生在与力施加方向成 90° 的方向成 90° 的位置，直觉可能会导致影响圆盘旋转轴的扭矩。有关陀螺仪进动的更多详细信息超出了本文的范围。有关陀螺仪进动的更多详细信息超出了本文的范围。有关陀螺仪进动的更多详细信息超出了本文的范围。
好奇的人们决定将旋转盘安装在万向节中将使他们能够进一步探索这种感觉。万向节（万向节的起源表明它是在公元前几个世纪发明的）是一种支撑框架组件，允许万向节框架和附着在其上的物体之间独立运动。在这种情况下，固定旋转盘轴的内万向架以 90°（正交）连接到外万向架。每个部件之间的每个连接点都以某种方式枢转，以尽量减少部件之间的摩擦，否则会影响陀螺效应。外万向节通过枢轴在顶部和底部连接到可安装的框架上。这导致了我们可以将其称为经典机械陀螺仪的组件，万向节能够绕 X 轴旋转，Y 轴和 Z 轴。
描绘经典机械陀螺仪设计的图像。旋转盘 ( A ) 安装到内万向节 ( B ) 上，内万向节 ( B ) 与外万向节 ( C )成 90° 安装。
外万向节能够相对安装框架旋转。这种布置提供了万向节的独立旋转，使旋转盘能够保持其原始旋转轴，而不管陀螺仪的方向如何
陀螺运动是指旋转物体保持其旋转对齐的固有倾斜度。当物体旋转时，它会获得角动量，角动量必须守恒。因此，物体反对对其旋转轴的任何改变，因为这种改变会导致其角动量的改变。
通过万向节布置，可以看出，即使陀螺仪在 3D 空间中旋转或倾斜，旋转盘的旋转轴也保持相同的方向。这是旋转盘的角动量守恒以及陀螺仪方向改变时产生的合力。陀螺仪方向的变化会导致万向节的位置发生变化，因此旋转盘保持其原始旋转轴。请注意，圆盘旋转得越快，其角动量和改变方向的阻力就越大。对改变方向的反应可能导致了能够参考旋转盘来测量方向的想法。
电动机的出现使陀螺仪能够保持圆盘持续高速旋转，从而使陀螺仪的长期实用化成为可能。在导航意义上，如果可以基于地球旋转轴利用和控制相对于北的陀螺效应，那么陀螺仪可以成为非磁性导航系统的一部分。
对于钢壳船上的现代海员来说，与真实/地理北方相关的非磁性航向源将大大提高导航精度。不仅如此，它还可以消除传统天文导航的复杂性，或在黑色金属（钢、铁等）存在的情况下与磁罗盘相关的误差。另请注意，磁北几乎总是与真北不同。为此，Hermann Anschütz-Kaempfe在 20 世纪初开发了一种实用的“陀螺罗盘”。
Anschütz陀螺罗盘无需使用磁罗盘即可观察船舶方向（航向）的变化。陀螺罗盘（后来被称为陀螺罗盘）可以通过多种方式实现。例如，用度数环围绕万向节，使万向节旋转以指向新方向（很像磁罗盘针）。另一种方法是捕获万向节并测量陀螺仪方向变化时产生的扭矩，从而计算旋转运动。
自主革命的出现以及我们制造无需人工控制或干预即可运行的车辆、机器和系统的能力，需要在导航、控制和安全方面具有非常高的可靠性。此类系统的主要组成部分是导航系统；通常是惯性导航系统(INS)。
典型的 INS 能够为车辆提供各种导航和方向数据。即设备/车辆的滚动、俯仰和航向。这些数据由可以检测每个轴的线性加速度变化的传感器提供，当然还有用于检测绕每个轴的旋转的陀螺仪。例如，航向可以由磁力计型传感器或光纤陀螺仪提供。车辆/设备在世界上的绝对位置或定位数据通常是使用GNSS获得的。在 GNSS 无法作为位置参考的情况或应用中，INS 可以介入，根据估计运动变化提供导航数据，这称为航位推算。
现代电子、计算、光子学和制造业的巨大进步对陀螺仪产生了不可磨灭的影响。陀螺仪的概念保持不变，但是，我们如何构建和使用陀螺仪背后的技术在过去 100 年中已经发生了巨大的发展和变化。我们开发和采用新技术的愿望是提供卓越的精度、更小的尺寸、更轻的重量和更低的成本，这是跨越商业、工业和国防应用领域的技术创新的驱动力。
上述情况可能与我们对收集和分析数据日益增长的贪得无厌的胃口相结合。传感能力不断发展，能够以以前无法想象的水平捕获高分辨率数据。这些活动需要包含同样精确陀螺仪的精确导航系统。此外，太空和海底探索、卫星、机器人、小型化和无人驾驶车辆的时代正在创造新的机遇和行业，寻求降低成本、消除低效率、限制资源使用和减少温室气体排放。可以相当肯定地说，上述所有系统都在某种程度上需要陀螺仪，并且根据定义，这些系统需要在许多方面遵循陀螺仪。
MEMS（微机电系统）是一种源自 20 世纪 60 年代集成电路 (IC) 制造的工艺技术，它将电气和机械元件以极其微型的芯片状态尺寸结合在一起。 MEMS 器件非常适合大规模生产，因此生产成本相对较低。MEMS 陀螺仪传感器常见于商业、工业、战术级惯性导航系统中。即使是典型的智能手机也会包含 MEMS 陀螺仪，用于检测手机方向（纵向或横向显示）和导航应用等。 MEMS 陀螺仪是一种由电气和机械元件组合而成的组件，可指示单轴或多轴加速度。
最常见的 MEMS 陀螺仪技术利用科里奥利效应。科里奥利效应是由于地球自转和纬度引起的运动物体的明显偏转。举例来说，当一架飞机从赤道起飞并向正北飞行时，随着飞机的飞行，地球正在旋转。结果是飞机相对于地球表面沿左弯曲弧线飞行，尽管它是直线飞行的。在高纬度地区，由于地球周长减小，科里奥利效应变得更加普遍。
在典型的科里奥利效应 MEMS 陀螺仪中，质量块通过弹簧悬挂在框架中。检验质量在特定共振下振荡——这是驱动轴。该框架位于第二个框架中，弹簧与驱动轴成 90°，以隔离两个框架。第二框架的弹簧运动是感测轴。当陀螺仪旋转时，科里奥利效应会引起沿传感轴（垂直于驱动轴）的二次振动，使检测质量和内部框架逆旋转方向移动，产生与科里奥利效应成正比的电容变化力/感应旋转。
该图描绘了简单 MEMS 科里奥利效应陀螺仪的运行情况。弹簧 ( A ) 将检验质量 ( B ) 固定在内框架 ( C ) 内的适当位置，从而形成驱动轴。
使用与驱动轴成 90° 的弹簧 ( E )将内部框架与外部框架 ( D ) 隔离，从而创建传感轴。内框架有几个突出的指状物( i )。
固定电极（ii）组成差分电容器，用一根从电容器电极之间的内框伸出的手指。
在旋转过程中，科里奥利效应导致检测质量/内框架逆旋转方向移动，从而导致与旋转速率成比例的电容变化
请注意，MEMS 科里奥利效应陀螺仪仅提供设备惯性参考系内的旋转信息。这意味着它们无法提供航向信息，只能提供设备的旋转信息。需要辅助手段来达到目标；例如，使用磁力计。
光纤陀螺仪 (FOG) 是一种基于光子/激光的陀螺仪技术，于 20 世纪 70 年代中期首次展示。光纤陀螺仪以极高的精度和抗漂移能力而闻名，这使得它们非常适合高端战术、导航和战略应用。典型的基于 3 轴 FOG 的 INS 具有三个彼此正交（90°）放置的 X、Y 和 Z 轴光纤线圈、激光发射器或类似的窄带宽光源以及光接收器。
典型光纤陀螺仪的基本工作原理是激光发射的光照射到半反射镜上，半反射镜将光束分成两束。然后，两束光束进入两端的线圈绕组，并以相反的方向同时穿过线圈。离开线圈后，光束进入光接收器。光接收器结合两束光束的波形——这称为波形干涉测量。当光纤陀螺不旋转时，光束将在光以完全相同的距离和速度传播的同时到达光学接收器。如果发生旋转，光沿一个方向传播线圈所需的有效时间将与另一方向不同，从而导致两个光束波形之间发生相移。这种光学现象称为萨尼亚克效应。如果两束光束之间存在任何相移，这在组合波形中会很明显。光纤陀螺仪利用相移来高精度地计算旋转。
您可以将萨格纳克效应视为一个圆形赛道，两辆速度相同的汽车朝相反的方向行驶，实际的赛道和终点线在汽车下方旋转。根据赛道旋转导致终点线移动的方式和距离，一辆车将有效行驶更长的距离才能到达终点线。
在图中，FOG 绕 Z 轴旋转。在旋转过程中，光的相移可以看作两束光束到达光接收器的时间差。
光的相移仅在旋转期间发生；一旦旋转停止，光线将再次同相。请注意，这仅用于说明目的，不一定是对实际技术的描述
光纤陀螺仪通常比基于 MEMS 的陀螺仪技术更昂贵、更大、更重，但它们也有几个优点。许多光纤陀螺仪能够在没有任何帮助的情况下进行陀螺罗盘（根据地球自转寻找真北）。 FOG 不受磁干扰的影响，因此对于不适合磁航向的应用来说是一个不错的选择。光纤陀螺仪不需要移动部件，这消除了影响机械型陀螺仪的摩擦引起的漂移。此外，光纤陀螺运行时不依赖惯性阻力，产生的电噪声非常小，具有较低的漂移特性，并且对振动、加速度和冲击引起的误差具有更强的抵抗力。
环形激光陀螺仪 (RLG) 于 20 世纪 60 年代初首次展示，可以被认为是 FOG 的先驱光学陀螺仪技术。RLG 是基于萨尼亚克效应和光波干涉测量法使用受控窄带宽光来测量旋转的开创性应用。 RLG 和 FOG 之间的主要区别在于，RLG 中光在谐振腔中传播，而 FOG 中光通过光纤线圈传播。
该图描绘了环形激光陀螺仪的基本操作。激光源 ( A ) 在相反方向同时发射光束。光从镜子 ( B ) 反射，将其引导至光学接收器 ( C )。
由于萨尼亚克效应，设备的任何旋转都会导致光束在不同时间到达光学接收器，这可以推断为旋转测量
典型的 RLG 使用两束激光束，它们沿着镜子定义的路径以相反的方向发送。激光从一个镜子反射到另一个镜子，形成“环”，直到到达光学接收器。环形激光陀螺仪测量两个光波形之间的频率差来定义角速度。
可以说FOG优于RLG，主要是因为更长的光路使其能够提供更高分辨率的测量。然而，RLG 的生产和使用时间比 FOG 长几十年，这使其成为商用飞机制造等各个行业中长期成熟的陀螺仪技术。
一些 FOG 和 RLG 可能仅用于单轴旋转测量，这通常用于需要精确航向测量（绕 Z 轴旋转）的应用；例如，船舶和潜艇。其他设计可能会使用陀螺仪的混合设置来降低成本、尺寸和重量。通常在这种情况下，光学陀螺仪将用于航向，而更便宜、更小且精度较低的 MEMS 陀螺仪则用于横滚（X 轴）和俯仰（Y 轴）旋转测量。
• ML5-AR 工业倾斜和角速率传感器
• MV5-AR 工业倾斜和角速率传感器
• 3DM-CX5-AR 高性能倾斜/垂直参考传感器
• 3DM-GX5-AR 高性能倾斜/垂直参考传感器
• 3DM-GV7-AR 战术级加固 IMU/VRU
