加速度计和陀螺仪指引——数学模型和基本算法
MEMS加速度计和MEMS陀螺仪区别 常见MEMS加速度传感器介绍
MEMS 加速度计和MEMS 陀螺仪区别常见MEMS
加速度传感器介绍
MEMS 加速度计和MEMS 陀螺仪区别
最大的区别就是：工作原理和应用的区别（具体概念看下百科），前者是利用加速度，后者是利用惯性；前者是用在测斜调平，后者是知道通过知道角速率，可以知道物体的姿态，以便进行姿态控制。
两种东西通常是结合到一起应用。
比如IMU（惯性测量单元）：就是由三轴陀螺仪和三轴加速度计组合而成。
结合一起的原因就是：加速度计多用在静态或者匀慢速运动中，而陀螺仪应多用在动态中，而惯性器件随着时间的延长，会有零漂。
所以加速度计会给出一定的修正。
现在为了满足各种需要，有组合导航，即卫星导航和惯导组合
（GNSS/INS）。
加速度计和陀螺仪的标定
实验结论：
每个测量点平均后的电压值为： wmean =[-4.1923 -1.2581 0.1924 1.6609 -0.7690 0.2032 2.1583 -3.7068 -0.5240 0.2507 2.6429 -3.2152 -0.2850 0.4382 3.1271 -2.7302 -0.0398 0.6896 3.6081 -2.2342 0.1476 0.9318 4.0061 -1.7577 0.1903 1.1769 4.0257]
1 陀螺仪的标定
实验目的：
1. 掌握陀螺仪标定的原理与方法 2. 熟悉测试转台的使用方法 3. 掌握最小二乘数据处理原理与方法
实验原理：
微机械陀螺仪的标定实验， 主要进行标度因数和零偏的测试。陀螺仪标度因 数是指陀螺仪的输出电压与输入角速率的比值， 是根据整个角速率测量范围内测 得的输入、输出数据，用最小二乘法拟合求得的直线斜率。设 角速率 为：
K 0.1846 2.4121 0.0112 0.0211
T
实验原理：
本实验利用重力场翻滚实验对 Model 2430 进行典型参数的测试并建立静 态数学模型。 加速度计的输入轴在重力场中的不同取向，从而使重力加速度所产 生的比力在输入轴和其它轴上有不同的分量作为输入， 再通过加速度计的输出电 压， 采用最小二乘法来辨识加速度计的误差模型系数。加速度计的输入按正弦规 律变化， 其输出也应以正弦规律变化。 加速度计可采用如下的静态数学模型方程：
画出图像为：
图 1 测量电压与角速度的关系
可以看到角速度是 90°/s 时的值偏离了直线，所以去掉，用-90°到 80° 的数据进行标定。 利用 MATLAB 对陀螺参数的标定结果为：
K 0.1957 0.0486
陀螺仪和加速度计原理
陀螺仪和加速度计原理陀螺仪和加速度计是惯性传感器的两种常见类型，它们经常被用于测量和监测物体的运动状态。
陀螺仪测量物体的角速度，而加速度计测量物体的线性加速度。
陀螺仪的工作原理基于角动量守恒定律。
当物体绕某一轴旋转时，它具有角动量，即物体的质量乘以角速度。
陀螺仪通过使用旋转部件，如陀螺或振荡器，来测量角速度。
当物体进行旋转时，旋转部件会受到作用力，这会导致旋转部件发生位移。
通过测量位移，就可以计算物体的角速度。
然而，陀螺仪存在一个问题，即在长时间的使用中，由于摩擦和其他因素的影响，它会产生漂移，即测量值与真实值之间的误差会逐渐增加。
为了解决这个问题，通常需要使用其他传感器或算法来进行校准和修正。
与陀螺仪相比，加速度计更为简单。
加速度计的工作原理基于牛顿第二定律，即物体的加速度与施加在物体上的力成正比。
加速度计通过测量物体的加速度来确定物体的线性运动状态。
加速度计通常使用微小的弹簧系统或微机电系统（MEMS）来测量物体的加速度。
当物体发生加速或减速时，弹簧系统或MEMS传感器会受到作用力，从而引起位移。
通过测量位移，就可以计算物体的加速度。
然而，与陀螺仪类似，加速度计也存在一些问题。
例如，它对重力的感知会产生误差。
为了解决这个问题，通常需要使用其他传感器或算法来进行校准和修正。
综上所述，陀螺仪和加速度计是常见的惯性传感器，它们可以用于测量物体的角速度和线性加速度。
它们的工作原理分别基于角动量守恒定律和牛顿第二定律。
尽管它们各自具有一些问题，但在现代技术中，它们通常与其他传感器和算法结合使用，以提高测量精度和准确性。
MEMS加速度计(accelerometer)与陀螺仪的(gyroscope)原理介绍
基本應用原理
• F：物體所受合外力 • m：物體質量 • a：物體的加速度
• k：物質的彈性係數 • x：位移量
• C：電容量 • ε：介電常數 • A：極板截面積 • d：板間距離
MEMS加速度計原理
物體的加速度=物質的彈性係數X位移量/物體質量
A A點移動到B點
距離＝1/2加速度 ×時間平方
• 陀螺儀又名角速度計，利用內部振動機械結構感測物體轉動所產生角速度， 進而計算出物體移動的角度。
• 兩者看起來很接近，不過加速度計只能偵測物體的移動行為，並不具備精確 偵測物體角度改變的能力，陀螺儀可以偵測物體水平改變的狀態，但無法計 算物體移動的激烈程度。
• 用簡單的例子就是Eee Stick 體感遙控器,這是一個類似 Wii 遊戲的遙控捍 ， 例如玩平衡木遊戲，當搖桿向前傾斜時，陀螺儀用來計算搖桿傾斜的角度， 三軸加速度計可以偵測搖桿晃動的劇烈程度以及搖桿是否持續朝斜下方。
MEMS陀螺儀工作原理
• MEMS陀螺儀依賴於由相互正交的振動和轉動引起的交變 科氏力。振動物體被柔軟的彈性結構懸掛在基底之上。整 體動力學系統是二維彈性阻尼系統，在這個系統中振動和 轉動誘導的科氏力把正比於角速度的能量轉移到傳感模式。
Hale Waihona Puke 影響MEMS信號輸出因素• 透過改進設計和靜電調試使得驅動和傳感的共振頻率一致，以實現最大可能 的能量轉移，從而獲得最大靈敏度。大多數MEMS陀螺儀驅動和傳感模式完 全匹配或接近匹配，它對系統的振動參數變化極其敏感，而這些系統參數會 改變振動的固有頻率，因此需要一個好的控制架構來做修正。如果需要高的 品質因子（Q），驅動和感應的頻寬必須很窄。增加1%的頻寬可能降低20%的 信號輸出。(圖 a） 還有阻尼大小也會影響信號輸出。（圖 b）
加速度计陀螺仪姿态解算
加速度计陀螺仪姿态解算
加速度计和陀螺仪是常用的传感器，用于测量物体的加速度和角速度。
姿态解算是指根据加速度计和陀螺仪的测量值，推导出物体的姿态（即物体的旋转角度和旋转速度）。
加速度计测量的是物体的加速度，通过积分可以得到物体的速度和位移。
但是由于加速度计存在噪声和漂移等问题，长时间积分会导致误差累积，从而影响姿态解算的准确性。
陀螺仪测量的是物体的角速度，可以直接得到物体的旋转角度和旋转速度。
但是陀螺仪也存在漂移问题，即使没有旋转，陀螺仪的输出值也会有一定的变化。
为了解决加速度计和陀螺仪的问题，常常将它们结合起来进行姿态解算。
一种常用的方法是将加速度计的测量值和陀螺仪的测量值进行融合，得到更准确的姿态解算结果。
常见的融合方法有卡尔曼滤波和互补滤波。
卡尔曼滤波是一种最优估计方法，可以根据加速度计和陀螺仪的测量值，估计出物体的姿态。
互补滤波是一种简单的滤波方法，通过加权平均加速度计和陀螺仪的测量值，得到物体的姿态。
在实际应用中，还可以结合磁力计的测量值进行姿态解算，以提高解算的准确性。
磁力计可以测量物体的磁场方向，通过与加速度计和陀螺仪的测量值进行融合，
可以得到更准确的姿态解算结果。
总之，加速度计和陀螺仪的姿态解算是通过融合它们的测量值，得到物体的旋转角度和旋转速度。
融合方法可以采用卡尔曼滤波、互补滤波等，还可以结合磁力计的测量值进行进一步优化。
陀螺仪加速度计的工作原理
陀螺仪加速度计的工作原理好嘞，今天咱们聊聊陀螺仪和加速度计这俩家伙，它们可是现代科技的“顶梁柱”。
你要是觉得它们听起来高大上，那就真是小看了它们的日常工作。
想象一下，当你在玩手机游戏，手机屏幕上那些炫酷的动作、流畅的操作，背后可少不了它们的功劳。
陀螺仪就像一个聪明的导航员，它能知道你手机的倾斜角度。
比如说你横着玩游戏，陀螺仪会“呐喊”一声：嘿，别忘了，我在这里！然后，屏幕就会跟着你手机的姿势来个大变身，简直酷毙了！再说说加速度计，它可不是一个普通的计数器。
想象一下，你在坐过山车，哇，那个速度真是飞起！这时候，加速度计就开始忙活了。
它能测量你设备的加速、减速，甚至是静止状态。
要是你一不小心把手机掉到地上，加速度计马上就会告诉它：“喂，快点紧急刹车！”就像老司机一样，掌控着整个局面。
你知道吗？这东西可不是凭空冒出来的，它的原理简直像魔法一样。
说到工作原理，这就有意思了。
陀螺仪利用一个快速旋转的转子，那个转子就是它的“心脏”。
转子在旋转的时候，它的转轴会保持一个固定的方向。
想象一下，转子像个勇敢的骑士，无论周围怎么变化，它都坚持自己的立场。
这就让陀螺仪能保持方向感，不管你在什么地方。
就是这股坚持，让它在飞行器、航海等领域大展拳脚，真是神奇的玩意儿！而加速度计则是通过一种叫做“质量块”的小部件来工作的。
它就像一个小小的“游泳健将”，在加速或减速的时候，质量块会向不同的方向移动。
这个移动的过程被传感器捕捉到，结果就变成了你手机里那些好玩又神奇的运动数据。
你可以把它想象成一个在跳舞的小人儿，随着节奏变化，不断地在不同方向上舞动。
这种简单而又灵活的设计，让加速度计在智能手表、健身追踪器等设备中广泛应用。
说真的，这两者在一起，就像是一对完美的搭档，缺一不可。
陀螺仪提供方向，加速度计提供位置，它们互相配合，就能让你的手机、无人机、甚至是汽车都能在复杂的环境中保持稳定。
每次你在开车的时候，车上的陀螺仪和加速度计都在“忙活”。
陀螺仪和加速度的讲解详解
图2 光束切断式速度测量
v L NT
相关法
相关法检测线速度，是利用随机过程互相关函数 的方法进行的，其原理如图3所示。被测物体以速 度V行进，在靠近行进物体处安装两个相距L相同 的传感器（如光电传感器、超声波传感器等）。 传感器检测易于从被测物体上检测到的参量(如表 面粗糙度、表面缺陷等），例如对被测物体发射 光，由于被测物表面的差异及传感器等受随机因 素的影响．传感器得到的反射光信号是经随机噪 声调制过的。图中传感器2得到的信号x（t）是由 于物体A点进入传感器2的检测区得到的。当物体 A点运动到传感器1的检测区．得到信号y（t）。 当随机过程是平稳随机过程时，y(t)的波形和x（t) 是相似的，只是时间上推迟了t0(=L/v)，即
皮托管测速法
V2,p2
V1,p1 z1
z2
流体伯努力方程：
(Benoulli’s Equation)
1.potential energy: mgz1, mgz2
Permass: gz1, gz2
2. Kinetic energy:
1 2
mv12
Permass:
1 2
v12
1 2
v22
3.pressure energy:
的距离或者从物体移动一定距离所需的时间求得，
这种方法只能求某段距离或时间的平均速度。越
越小，越接近瞬时速度。
(1) 相关法;
v s t
(2) 空间滤波器法
2. 角速度和线速度的相互转化。
v r
3. 利用物理参数测量：多普勒效应、流体力学定 律、电磁感应原理
4. 加速度积分法和位移微分法
光束切断法
多普勒测速仪应用实例
1、卫星跟踪测轨系统
MEMS加速度计(accelerometer)与陀螺仪的(gyroscope)原理介绍
MEMS加速度計
• 加速度計是一種慣性傳感器，主要功用為測量物 體速度變化率，一般經常被用來測量距離及衝擊 力。
• 在微機電(MEMS)技術製造的加速度計，使尺寸 大大縮小，故具有體積小、重量輕、可靠度高、 低功率等優點。
• 目前最廣泛的應用在車用電子領域(high g & low g)，近年來已有趨勢大量朝著Game 和手機的應 用。
• 陀螺儀又名角速度計，利用內部振動機械結構感測物體轉動所產生角速度， 進而計算出物體移動的角度。
• 兩者看起來很接近，不過加速度計只能偵測物體的移動行為，並不具備精確 偵測物體角度改變的能力，陀螺儀可以偵測物體水平改變的狀態，但無法計 算物體移動的激烈程度。
• 用簡單的例子就是Eee Stick 體感遙控器,這是一個類似 Wii 遊戲的遙控捍 ， 例如玩平衡木遊戲，當搖桿向前傾斜時，陀螺儀用來計算搖桿傾斜的角度， 三軸加速度計可以偵測搖桿晃動的劇烈程度以及搖桿是否持續朝斜下方。
基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用原理
• v = ω ×r • ω=2π/T • ω=n ×2π • a=v^2/r
=w^2 ×r =ω ×v ×r • F=ma
線速度=角速度×半徑 角速度=圓周/周期 角速度=轉速×圓周率 向心加速度=線速度平方/半徑
=角速度平方×半徑 =角速度×線速度×半徑 向心力=質量×向心加速度
MEMS陀螺儀結構
基本應用原理
• F：物體所受合外力 • m：物體質量 • a：物體的加速度
• k：物質的彈性係數 • x：位移量
• C：電容量 • ε：介電常數 • A：極板截面積 • d：板間距離
MEMS加速度計原理
物體的加速度=物質的彈性係數X位移量/物體質量
陀螺仪”和“加速度计”工作原理
陀螺仪”和“加速度计”工作原理2016-09-17 16:14:40没有夏天的四叶草修改：小马hoty 时间：2016/1/10最近看到加速度计和陀螺仪比较火，而且也有很多人都在研究。
于是也在网上淘了一个mpu6050模块，想用来做自平衡小车。
可是使用起来就发愁了。
网上关于mpu6050的资料确实不少，但是大家都是互相抄袭，然后贴出一段程序，看完之后还是不知道所以然。
经过翻阅各个方面的资料，以及自己的研究在处理mpu6050数据方面有一些心得，在这里和大家分享一下。
1、加速度和陀螺仪原理当然，在开始之前至少要弄懂什么是加速度计，什么是陀螺仪吧，否则那后边讲的都是没有意义的。
简单的说，加速度计主要是测量物体运动的加速度，陀螺仪主要测量物体转动的角速度。
这些理论的知识我就不多说了，都可以在网上查到。
这里推荐一篇讲的比较详细的文章《AGuide To using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) inEmbeddedApplications》，在网上可以直接搜索到。
2、加速度测量在开始之前，不知大家是否还记得加速度具有合成定理？如果不记得可以先大概了解一下，其实简单的举个例子来说就是重力加速度可以理解成是由x,y,z三个方向的加速度共同作用的结果。
反过来说就是重力加速度可以分解成x,y,z三个方向的加速度。
加速度计可以测量某一时刻x,y,z三个方向的加速度值。
而自平衡小车利用加速度计测出重力加速度在x,y,z轴的分量，然后利用各个方向的分量与重力加速度的比值来计算出小车大致的倾角。
其实在自平衡小车上非静止的时候，加速度计测出的结果并不是非常精确。
因为大家在高中物理的时候都学过，物体时刻都会受到地球的万有引力作用产生一个向下的重力加速度，而小车在动态时，受电机的作用肯定有一个前进或者后退方向的作用力，而加速度计测出的结果是，重力加速度与小车运动加速度合成得到一个总的加速度在三个方向上的分量。
陀螺仪和加速度总结
陀螺仪、加速度之我见作者：茶不思可能一个模块一个模块的讲有些啰嗦,而且这些模块的使用方法网上也有很多教程,我以后就不在说这个了.大家有问题就搜索下吧,很容易找到.我目前用到的外设有:timer,usart,iic,spi,flash,gpio,exit,暂时就这么多.今天想跟大家谈谈加速度计和陀螺仪,不少人在问加速度计陀螺仪的数据读出来了怎么用,咱们就从这两个传感器的特点开始了解下,了解了特点,用法就很容易了.以下仅代表个人观点,有哪里不对,还请指出....做个比喻吧,加速度计,以下简称加计,大家可以把它想象成一个铁块,这个铁块是个立方体,有前后左右上下六个面,每个面连接有一个弹簧,弹簧另一端假设固定在一个卡车的集装箱里面,这样这个铁块就被这六个弹簧吊在集装箱里面了,由于铁块有重力,所以汽车不动时,上面的弹簧被拉长,下面的弹簧被压缩,这里假设是通过测量弹簧的拉力来输出加速度(实际有可能是电容什么的,这里不做讨论,了解特性就好),六个弹簧,两两一组,正好3个轴,这就是3轴加速度了,静止不动时,只有Z轴也就是上下两根弹簧有读数,其他两对弹簧是平衡的.现在假设汽车在做加速运动,那么不仅仅上下两根弹簧不平衡了,前后两根弹簧也会有变化,前面的弹簧拉长,后面的弹簧压缩,就有了前后方向的加速度.左右也是一个道理.知道了加计的大致原理,那么加计有什么特点呢?让我们大家想象一种情况,就是这辆卡车行驶在颠簸的路上,集装箱里面的铁块肯定不会稳稳的吊着了,他会随着汽车左摇右摆,上下颠簸,而且有一点大家注意,铁块的此时的摆动,不是完全和汽车同步的,由于惯性等原因,铁块会在里面"乱动",荡来荡去,此时的加速度输出会是怎么样的呢?肯定也是随着铁块"荡来荡去",所以我们得出加计的一大特点,就是对震动很"敏感",如果把飞控板放在桌子上静止不动,可以说随便一个姿态算法的输出都不错,哪怕不滤波.可以当电机一转动起来,震动来了,加计就有了很大的干扰,此时如果处理不好,姿态就乱掉了.然后我们再说说陀螺仪,陀螺仪顾名思义,肯定和陀螺有很大关系,没错,特点也和陀螺一样.还是假设在这个车里面,我们放上一个小时候玩的陀螺,不管用了什么方法,让它高速旋转起来,大家都知道,这样陀螺是不会倒的,他会尽量保持当前的姿态,陀螺仪正是利用这个特点.我们看两段视频来了解下.通过视频,大家可以看到,陀螺在高速旋转时,是会尽量保持转轴不变的.那么我们就可以想到陀螺仪的特点了,就是对震动是"不敏感"的,因为它会尽量保持自己不被震动改变,但是陀螺会不断累积误差,造成"漂移".好了,这里我们知道了加计和陀螺仪的特点,再考虑怎么使用,就简单多了,总的来说就是加计短时间不可靠,因为震动,陀螺仪长时间不可靠,因为"漂移".那么对于加计的数据和陀螺仪的数据,我们就应该短时间相信陀螺仪,长时间相信加速度.好了,到了这里,再怎么做也就清晰了,对加速度的数据,我们要滤波,平均值滤波等等,方法很多,对陀螺仪数据,我们积分,短时间内,这个积分得到的角度还是准确的,而过一段时间,就用处理过的加速度数据来矫正陀螺仪积分的角度,抑制"漂移".这样利用两个传感器的特点,取长补短,来达到一个相对稳定的输出.以上都是个人看法,有什么不对还请大家指出,大家多多讨论.。
陀螺仪和加速度计MPU6050的单位换算方法
陀螺仪和加速度计MPU6050的单位换算方法对于四轴初学者来说，可能无法理解四轴源代码中陀螺仪和加速度数据的数学变换方法。
下面我们来详细描述一下这些转换方法。
我们首先来看陀螺仪数据。
在MPU6050的手册里面，提供了一个陀螺仪数据表如下：在表格里面，列出了当寄存器FS_SEL选择不同数值时的陀螺仪量程范围。
以四轴常用的FS_SEL=3为例，这时陀螺仪的量程为-2000到+2000。
由于MPU6050采用的是16位带符号数作为陀螺仪测量数据输出，即数据类型是int16。
所以以16进制来表示，最小的数是FFFF,由于最高位为符号位，所以相当于-7FFFF，即-32767；最大的数是7FFF，即32767。
综合上述的描述，我们可以得到，数字-32767对应-2000度每秒的陀螺仪角速度，32767对应2000度每秒的陀螺仪角速度。
把32767除以2000，就可以得到16.40，即我们说的灵敏度。
从上面的计算可知，把从陀螺仪读出的数字除以16.40，就可以换算成陀螺仪的角速度数值。
举个例子，如果我们从陀螺仪读到的数字是1000，那么对应的角速度数据是1000/16.40=61度每秒。
在四轴姿态计算中，我们通常要把角度换算成弧度。
我们知道2Pi代表360度，那么1度换算成弧度就是：2Pi/360=(2*3.1415926)/360=0.0174532。
用倒数表示就是：1/57.30通过上述分析，我们就可以知道，当采用量程为-2000到+2000的范围，把我们从陀螺仪获取的数据做如下处理，就可以用于四元数的姿态解算（用gyro_x来代表从陀螺仪读到的数据）: gyro_x/(16.40*57.30)=gyro_x*0.001064，单位为弧度每秒。
接下来，我们看加速度计：采用和陀螺仪同样的计算方法，当AFS_SEL=3时，数字-32767对应-16g，32767对应16g。
把32767除以16，就可以得到2048，即我们说的灵敏度。
加速度计和陀螺仪的工作原理
加速度计和陀螺仪的工作原理1. 开场白嘿，朋友们！今天咱们来聊聊一些很酷的东西——加速度计和陀螺仪。
你们知道吗？这两小家伙就像是现代科技中的超级英雄，总是在默默无闻地工作，却又帮我们解决了无数难题。
想想看，手机、飞机、汽车，甚至是你的游戏控制器，里面都有它们的身影呢。
说到这里，你估计得问了，加速度计和陀螺仪到底是啥？别着急，今天咱们就从头开始，一步步揭开它们的神秘面纱。
2. 加速度计的神奇之处2.1 什么是加速度计？首先，加速度计这家伙听起来就很复杂，但实际上，它就是用来测量物体加速的一个超简单的小仪器。
想象一下，你开车的时候，突然踩油门，那时候车子就开始加速，对吧？加速度计就能感知到这种变化，告诉你车子加速了多少。
就像一个特别敏锐的侦探，专门捕捉“一点一滴”的变化。
2.2 加速度计的工作原理那么，加速度计到底是怎么工作的呢？其实，它的原理很简单。
通常，它里面有一些质量块，稍微一加速，这些小家伙就会向反方向移动。
因为根据物理学的惯性定律，物体总是喜欢保持原来的状态。
当它们移动时，加速度计就会记录下这个变化，最终用它的数据来计算出你车子的加速情况。
就好比你在一栋老房子里，墙上的画斜了一点，你的第一反应就是“这幅画怎么了？”只要给它一个小推力，它就会反应过来！3. 陀螺仪的奥秘3.1 什么是陀螺仪？接下来，咱们再聊聊陀螺仪。
这家伙听起来更高大上，但其实同样是个“守护者”。
它主要用来测量旋转和角速度，像是一个永远不昏睡的警卫。
有了它，你可以知道自己手机的屏幕是不是因为你转身就变成了横屏，真是太实用了，别说，年轻人玩手机可是非常讲究的呀！3.2 陀螺仪的工作原理那么，陀螺仪又是如何把旋转和角速度监控得那么严密的呢？这里面又有“戏”了。
通常，陀螺仪里会有一个转动的轮子，它在高速旋转。
想想那种转火旋风的感觉，哇！然后，只要它的旋转方向发生变化，陀螺仪就能感知到。
这就跟你们玩陀螺似的，越转越快，一旦力量改变，它的方向也会立马反馈回去。
加速度计和陀螺仪在导航中的应用
加速度计和陀螺仪在导航中的应用导航技术在现代社会中扮演着重要的角色，而加速度计和陀螺仪作为其中重要的传感器，在导航领域也起到了不可替代的作用。
本文将探讨加速度计和陀螺仪在导航中的应用。
一、加速度计的原理和应用加速度计是一种用于测量物体加速度的传感器。
它基于牛顿第二定律，通过测量物体所受到的力对其产生的反应来计算加速度。
根据加速度计的工作原理，我们可以将其应用于导航领域。
1. 惯性导航系统惯性导航系统是一种基于加速度计和陀螺仪的导航系统。
加速度计可以通过测量物体的加速度来确定其当前的速度和位置。
在惯性导航系统中，加速度计被用来检测物体的加速度变化，并通过积分计算出速度和位置的变化。
这样的系统在航空、航海和导弹等领域中得到了广泛的应用。
2. 步数计数器加速度计还可以用于步数计数器。
通过识别人体行走时的加速度变化模式，加速度计可以精确地计算出人走的步数。
这对于健身追踪器和智能手机等设备来说非常有用，帮助用户记录他们的运动量。
3. 坐标校准在虚拟现实和增强现实中，加速度计可以用于坐标校准。
通过测量设备在三个方向上的加速度，可以确定设备的朝向和位置。
这为虚拟现实和增强现实应用提供了准确的坐标信息，使用户能够更好地与虚拟环境进行交互。
二、陀螺仪的原理和应用陀螺仪是一种用于测量物体角速度的传感器。
它基于角动量守恒定律，通过测量物体旋转时角动量的变化来计算角速度。
陀螺仪也在导航领域发挥着重要的作用。
1. 姿态控制陀螺仪在飞行器和导弹等领域中被用于姿态控制。
通过测量飞行器的旋转速度，陀螺仪可以帮助飞行器保持稳定的姿态，使其能够准确地飞行和导航。
这对于飞行器的安全和导航至关重要。
2. 虚拟现实陀螺仪也被广泛应用于虚拟现实和增强现实技术中。
通过测量用户的头部旋转速度，陀螺仪可以实时反馈给虚拟现实设备，使用户能够更加真实地感受到虚拟环境。
这大大提升了虚拟现实技术的沉浸感和用户体验。
3. 自动驾驶陀螺仪在自动驾驶领域也发挥着重要的作用。
AHRS姿态解算说明（加速度陀螺仪磁力计原理及原始数据分析）
AHRS姿态解算说明（加速度陀螺仪磁力计原理及原始数据分析）给51黑论坛的朋友们分享关于MPU6050的超好文章,介绍姿态解算的入门知识,非常通俗易懂.AHRS俗称航姿参考系统，AHRS由加速度计，磁场计，陀螺仪构成，AHRS的真正参考来自于地球的重力场和地球的磁场～～他的静态终精度取决于对磁场的测量精度和对重力的测量精度,而则陀螺决定了他的动态性能。
这就是AHRS～在这种前提下。
说明AHRS离开了地球这种有重力和磁场环境的时候是没法正常工作的～～本章旨在讲解以下内容1.加速度2.陀螺仪3.磁力计一直想写篇文章关于姿态解算原理的，使用尽量通俗的语句说明如何从加速度计和陀螺仪的数据，融合得到载体的姿态角。
无奈自己的水平有限，一直搁置。
淡泊以明志,宁静以致远.人总是要逼自己做些事，才过得心安理得。
那就拿点时间把这方面的资料整合一下吧。
这篇文章的大部分内容都不是本人原创的,感谢网络上无私奉献的人.在此介绍一下实验的姿态板,新一代的mini AHRS,采用STM32F103单片机进行姿态解算，板子上集成有1.MPU6050，三轴的加速度和陀螺仪2.HMC5883 三轴的磁力计3.BMP180 高精度气压高度计这些传感器都通过I2C接口连接到主控制器STM32.不需要额外的ADC电路,直接通过数字接口就可以读取传感器的当前输出.Mini AHRS硬件框图1 加速度计加速度计顾名思义,就是测量加速度的.那么,我们如何认识这个加速度呢?在此用一个盒子形状的立方体来做模型，认识加速度,如下,盒子内的图像。
如果我们把盒子形状的立方体放在一个没引力场的地方,球会保持在盒子的中间.你可以想象，这个盒子是在外太空，远离任何天体，很难找到这样的地方,就想象飞船轨道围绕地球飞，一切都是在失重状态下。
那么六个壁面感受到的压力都是0.如果我们突然将立方体向左侧移动（我们加快加速，1G =9.8米/ S ^ 2），皮球打在了墙上X-。
智能手机的陀螺仪与加速度计技术研究
智能手机的陀螺仪与加速度计技术研究智能手机已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
平时我们用它来发送信息、浏览新闻、购物、娱乐等。
但是，我们是否真正了解智能手机的组成结构和所使用的技术？今天，我们来探讨一下智能手机中的两种技术：陀螺仪和加速度计。
一、陀螺仪技术陀螺仪是一种能够检测智能手机旋转运动的技术。
它类似于儿童们常玩的陀螺，能够在空间中保持自转，从而实现对旋转运动的感知。
陀螺仪技术的实现需要借助MEMS（微机电系统）技术。
这种技术可以将微小的机械组件集成到芯片上，使得智能手机的体积变得更加小巧。
陀螺仪由一根细而长的柱状陀螺和两个电极组成。
当智能手机发生旋转运动时，柱状陀螺会产生一种叫做科里奥利力的力，这个力会引起两个电极之间的压电效应，最终产生电信号。
陀螺仪技术的应用非常广泛。
首先，它可以用于检测智能手机的旋转方向，比如横屏和竖屏转换。
其次，它还可以用于导航和跟踪系统，并在无载体的情况下执行空间姿态控制。
二、加速度计技术加速度计是一种能够检测智能手机线性运动的技术。
它可以通过测量物体在不同时间段内的速度变化，来计算出物体的加速度。
加速度计同样基于MEMS技术。
它由许多能够在不同方向上弯曲的微小柔性悬臂组成。
当智能手机发生线性运动时，这些悬臂会因为惯性而发生微小的弯曲变化，从而产生电信号。
根据这些电信号，加速度计可以计算出物体的加速度和方向。
加速度计技术在智能手机中的应用非常重要。
首先，它可以用于智能手机的摇一摇功能。
其次，它还可用于检测智能手机的倾斜角度、运动轨迹和速度，从而实现更加精确的计步、定位和导航功能。
总结陀螺仪和加速度计是智能手机中两种非常重要的技术。
它们分别能够检测旋转运动和线性运动，并在智能手机的诸多应用中发挥重要作用。
虽然这些技术在智能手机中是微小的组成部分，但是它们的应用范围非常广泛，为我们的生活带来了很多便利。
陀螺仪与加速度传感器科普知识
陀螺仪与加速度传感器科普知识加速度传感器测的是什么？我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。
那又有人要问了F=ma惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。
从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。
可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加速度。
所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z轴的输出分别是g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z轴的输出也分别是g,0,0所以说只靠加速度传感器来估计自己的姿态是很危险而不可取的加速度传感器有什么用？加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也就是横滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角横滚角陀螺仪测的是什么？陀螺仪可以测量角速度,具有高动态特性,但是它是一个间接测量器件,它测量的是角度的导数,角速度,显然我们要将角速度对时间积分才能得到角度看到积分我想敏感的同学马上就能发现一个致命的问题积分误差积分误差的来源主要有两个一个是积分时间积分时间Dt越小，输出角度越准一个是器件本身的误差假设陀螺仪固定不动,理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一个偏置0.1dps加在上面,于是测量出来是0.1dps,积分一秒之后,得到的角度是0.1度,1分钟之后是6度,还能忍受,一小时之后是360度,转了一圈所以说陀螺仪在短时间内有很大的参考价值陀螺仪另外一个问题是它的测量基准是自身，并没有系统外的绝对参照物重力轴是个绝好的参照物因此需要陀螺仪和加速度传感器的配合使用如果要测偏航角YAW还需要电子罗盘感知地磁方向给出水平方向的绝对参考（当然这个在智能车上不存在吧······——！）陀螺仪和加速度传感器的融合除了给出绝对参考系陀螺仪和加速度传感器相互融合使用的最重要的原因是：综合考虑，加速度计是极易受外部干扰的传感器，但是测量值随时间的变化相对较小。
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加速度计和陀螺仪指南——数学模型和基本算法本帖转自/thread-1695-1-1.html本帖翻译自IMU（加速度计和陀螺仪设备）在嵌入式应用中使用的指南。
这篇文章主要介绍加速度计和陀螺仪的数学模型和基本算法，以及如何融合这两者，侧重算法、思想的讨论.介绍本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。
IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串口通信在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题：- 加速度计（accelerometer）检测什么- 陀螺仪（gyroscope，也称作 gyro）检测什么- 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒）- 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准确信息在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。
如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。
总有些人认为使用IMU单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。
你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。
我解释事情的方式，只需要基本的数学。
我非常坚信简单的原则。
我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。
我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。
在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。
用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成：- LIS331AL (datasheet) – 3轴 2G 模拟加速度计- LPR550AL (datasheet) –双轴（俯仰、翻滚）500°/s 加速度传感器- LY550ALH (datasheet) –单轴（偏航）陀螺仪最后这个设备在这篇介绍中不使用，不过他在DCM Matrix implementation中有重要作用它们一起组成了一个6自由度的惯性测量单元。
这是个花哨的名字！然而，在花哨的名字后面是个非常有用的设备组合，接下来我们会详细介绍之。
第一部分加速度计要了解这个模块我们先从加速度计开始。
当我们在想象一个加速度计的时候我们可以把它想作一个圆球在一个方盒子中。
你可能会把它想作一个饼干或者甜圈，但我就把它当做一个球好了：我们假定这个盒子不在重力场中或者其他任何会影响球的位置的场中，球处于盒子的正中央。
你可以想象盒子在外太空中，远离任何天体，如果很难想象，那就当做盒子在航天飞机中，一切东西都处于无重力状态。
在上面的图中你可以看到我们给每个轴分配了一对墙（我们移除了Y+以此来观察里面的情况）。
设想每面墙都能感测压力。
如果我们突然把盒子向左移动（加速度为1g=9.8m/s^2），那么球会撞上X-墙。
然后我们检测球撞击墙面产生的压力，X轴输出值为-1g请注意加速度计检测到得力的方向与它本身加速度的方向是相反的。
这种力量通常被称为惯性力或假想力。
在这个模型中你你应该学到加速度计是通过间接测量力对一个墙面的作用来测量加速度的，在实际应用中，可能通过弹簧等装置来测量力。
这个力可以是加速度引起的，但在下面的例子中，我们会发现它不一定是加速度引起的。
如果我们把模型放在地球上，球会落在Z-墙面上并对其施加一个1g的力，见下图：在这种情况下盒子没有移动但我们任然读取到Z轴有-1g的值。
球在墙壁上施加的压力是由引力造成的。
在理论上，它可以是不同类型的力量 - 例如，你可以想象我们的球是铁质的，将一个磁铁放在盒子旁边那球就会撞上另一面墙。
引用这个例子只是为了说明加速度计的本质是检测力而非加速度。
只是加速度所引起的惯性力正好能被加速度计的检测装置所捕获。
虽然这个模型并非一个MEMS传感器的真实构造，但它用来解决与加速度计相关的问题相当有效。
实际上有些类似传感器中有金属小球，它们称作倾角开关，但是它们的功能更弱，只能检测设备是否在一定程度内倾斜，却不能得到倾斜的程度。
到目前为止，我们已经分析了单轴的加速度计输出，这是使用单轴加速度计所能得到的。
三轴加速度计的真正价值在于它们能够检测全部三个轴的惯性力。
让我们回到盒子模型，并将盒子向右旋转45度。
现在球会与两个面接触：Z-和X-，见下图：0.71g这个值是不是任意的，它们实际上是1/2的平方根的近似值。
我们介绍加速度计的下一个模型时这一点会更清楚。
在上一个模型中我们引入了重力并旋转了盒子。
在最后的两个例子中我们分析了盒子在两种情况下的输出值，力矢量保持不变。
虽然这有助于理解加速度计是怎么和外部力相互作用的，但如果我们将坐标系换为加速度的三个轴并想象矢量力在周围旋转，这会更方便计算。
请看看在上面的模型，我保留了轴的颜色，以便你的思维能更好的从上一个模型转到新的模型中。
想象新模型中每个轴都分别垂直于原模型中各自的墙面。
矢量R是加速度计所检测的矢量（它可能是重力或上面例子中惯性力的合成）。
RX，RY，RZ是矢量R在X，Y，Z上的投影。
请注意下列关系：，R ^ 2 = RX ^ 2 + RY ^ 2 + RZ ^ 2（公式1）此公式等价于三维空间勾股定理。
还记得我刚才说的1/2的平方根0.71不是个随机值吧。
如果你把它们代回上式，回顾一下重力加速度是1g，那我们就能验证：1 ^2 =（SQRT（1/2））^ 2 + 0 ^ 2 +（SQRT（1/2））^ 2在公式1中简单的取代： R=1, Rx = -SQRT(1/2), Ry = 0 , Rz = -SQRT(1/2)经过一大段的理论序言后，我们和实际的加速度计很靠近了。
RX，RY，RZ值是实际中加速度计输出的线性相关值，你可以用它们进行各种计算。
在我们运用它之前我们先讨论一点获取加速度计数据的方法。
大多数加速度计可归为两类：数字和模拟。
数字加速度计可通过I2C，SPI或USART方式获取信息，而模拟加速度计的输出是一个在预定范围内的电压值，你需要用ADC（模拟量转数字量）模块将其转换为数字值。
我将不会详细介绍ADC是怎么工作的，部分原因是这是个很广的话题，另一个原因是不同平台的ADC都会有差别。
有些MCU具有内置ADC模块，而有些则需要外部电路进行ADC转换。
不管使用什么类型的ADC模块，你都会得到一个在一定范围内的数值。
例如一个10位ADC模块的输出值范围在0 .. 1023间，请注意，1023 = 2 ^ 10 -1。
一个12位ADC模块的输出值范围在0 .. 4095内，注意，4095 = 2 ^ 12-1。
我们继续，先考虑下一个简单的例子，假设我们从10位ADC模块得到了以下的三个轴的数据：AdcRx = 586AdcRy = 630AdcRz = 561每个ADC模块都有一个参考电压，假设在我们的例子中，它是3.3V。
要将一个10位的ADC值转成电压值，我们使用下列公式：VoltsRx = AdcRx * VREF / 1023小注：8位ADC的最大值是255 = 2 ^ 8 -1，12位ADC最大值是4095 = 2 ^ 12 -1。
将3个轴的值代入上式，得到：VoltsRx = 586 * 3.3 / 1023 =～1.89V（结果取两位小数）VoltsRy = 630 * 3.3 / 1023 =～2.03VVoltsRz = 561 * 3.3 / 1023 =～1.81V每个加速度计都有一个零加速度的电压值，你可以在它的说明书中找到，这个电压值对应于加速度为0g。
通过计算相对0g电压的偏移量我们可以得到一个有符号的电压值。
比方说，0g电压值 VzeroG= 1.65V，通过下面的方式可以得到相对0g电压的偏移量:DeltaVoltsRx = 1.89V - 1.65V = 0.24VDeltaVoltsRy = 2.03V - 1.65V = 0.38VDeltaVoltsRz = 1.81V - 1.65V = 0.16V现在我们得到了加速度计的电压值，但它的单位还不是g（9.8m/s^2），最后的转换，我们还需要引入加速度计的灵敏度（Sensitivity），单位通常是 mV/g。
比方说，加速度计的灵敏度 Sensitivity= 478.5mV / g = 0.4785V /g。
灵敏度值可以在加速度计说明书中找到。
要获得最后的单位为g的加速度，我们使用下列公式计算：RX = DeltaVoltsRx /SensitivityRX = 0.24V / 0.4785V / G =～0.5gRY = 0.38V / 0.4785V / G =～0.79gRZ = 0.16V / 0.4785V / G =～0.33g当然，我们可以把所有的步骤全部放在一个式子里，但我想通过介绍每一个步骤以便让你了解怎么读取一个ADC值并将其转换为单位为g的矢量力的分量。
Rx = (AdcRx * Vref / 1023 – VzeroG) / Sensitivity (公式2)Ry = (AdcRy * Vref / 1023 – VzeroG) / SensitivityRz = (AdcRz * Vref / 1023 – VzeroG) / Sensitivity现在我们得到了惯性力矢量的三个分量，如果设备除了重力外不受任何外力影响，那我们就可以认为这个方向就是重力矢量的方向。
如果你想计算设备相对于地面的倾角，可以计算这个矢量和Z轴之间的夹角。
如果你对每个轴的倾角都感兴趣，你可以把这个结果分为两个分量：X轴、Y轴倾角，这可以通过计算重力矢量和X、Y轴的夹角得到。
计算这些角度比你想象的简单，现在我们已经算出了Rx，Ry，Rz的值，让我们回到我们的上一个加速度模型，再加一些标注上去：我们感兴趣的角度是向量R和X，Y，Z轴之间的夹角，那就令这些角度为Axr，Ayr，Azr。
观察由R和Rx组成的直角三角形：cos(Axr) = Rx / R , 类似的：cos(Ayr) = Ry / Rcos(Azr) = Rz / R从公式1我们可以推导出 R = SQRT( Rx^2 + Ry^2 + Rz^2)通过arccos()函数（cos()的反函数）我们可以计算出所需的角度：Axr = arccos(Rx/R)Ayr = arccos(Ry/R)Azr = arccos(Rz/R)我们花了大段的篇幅来解释加速度计模型，最后所要的只是以上这几个公式。