陀螺仪及加速度计特性及应用实验
《传感器实验指导》陀螺仪及加速度计特性及应用实验
《传感器实验指导》陀螺仪及加速度计特性及应用实验1.了解陀螺仪及加速度计的工作原理；2.掌握陀螺仪及加速度计的测量方法；3.掌握陀螺仪及加速度计的电路组成及原理。
1.分析陀螺仪及加速度计测量电路的原理；2.连接陀螺仪及加速度计物理信号到电信号的转换电路；3.软件观测传感器姿态变化时输出信号的变化情况；4.记录实验波形数据并进行分析。
1.开放式传感器电路实验主板；2.陀螺仪及加速度计测量模块；3.导线若干。
陀螺仪及加速度计MPU-9250是一个QFN封装的多芯片模块，如图9-1所示。
其中包含了三轴的加速度计、三轴的陀螺仪、三轴的磁力计以及一个内置DMP数字运动处理模块。
图9-1 陀螺仪及加速度计mpu9250芯片内部使用的角速度传感器是微机械陀螺仪，它利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。
通常芯片里面有两个方向的可移动电容板。
径向的电容板加震荡电压迫使物体作径向运动（有点像加速度计中的自测试模式），横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化（就像加速度计测量加速度）。
因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。
陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，传统结构是内部有个陀螺，如下图所示（三轴陀螺），三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。
三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。
也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。
图9-2 传统结构陀螺仪加速度计（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感应器，实际上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速计通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），这一点又有点类似于陀螺仪，但陀螺仪的更多关注自身旋转情况（原位运动），加速计则主要是测量设备的受力情况，也就是三轴运动情况，尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能，但设计原理决定更适合于空间运动判断。
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”工作原理
“陀螺仪”和“加速度计”工作原理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的资料的确不少，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 T o 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。
不过我们暂时不考虑电机作用产生的运动加速度对测量结果的影响。
加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用
加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用摘要：微机电系统（MEMS）在消费电子领域的应用越来越普及，移动市场的增长也带动了MEMS需求的日益旺盛。
实际上，MEMS传感器正在成为消费类和移动产品差异化的关键要素，例如游戏控制器、智能手机和平板电脑。
MEMS为用户提供了与其智能设备交互的全新方式。
本文简要介绍MEMS的工作原理、检测架构以及各种潜在应用。
本文网络版地址：http：///article/247467.htm关键词：MEMS；加速度计；陀螺仪；传感器DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.013引言微机电系统（MEMS）将机械和电子元件集成在微米级的小型结构中。
利用微机械加工将所有电气器件、传感器和机械元件集成至一片共用的硅基片，从而由半导体和微加工技术组合而成。
MEMS系统的主要元件是机械单元、检测电路以及ASIC或微控制器。
本文简要介绍MEMS加速度计传感器和陀螺仪，讨论其工作原理、检测结构以及目前市场的热点应用，对我们日常生活具有深远的影响。
1 MEMS惯性传感器MEMS传感器在许多应用中测量沿一个或多个轴向的线性加速度，或者环绕一个或多个轴的角速度，以作为输入控制系统（图1）。
MEMS加速度计传感器通常利用位置测量接口电路测量物体的位移，然后利用模/数转换器（ADC）将测量值转换为数字电信号，以便进行数字处理。
陀螺仪则测量物体由于科里奥利加速度而发生的位移。
2 加速度计工作原理根据牛顿第二定律，物理加速度（m/s2）与受到的合力（N）成正比，与其质量（kg）成反比，加速度方向与合力相同。
上述过程可简单归纳为：作用力导致物体发生位移，进而发生电容变化。
将多个电极并联，可获得更大的电容变化，更容易检测到位移（图4）。
V1和V2连接至电容的每侧，电容分压器的中心连接到物体。
物体重心的模拟电压通过电荷放大、信号调理、解调及低通滤波，然后利用Σ-ΔADC将其转换为数字信号。
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。
陀螺仪与加速度传感器介绍
陀螺仪是测量运动角速度ω的器件 通过积分角速度ω可获得陀螺仪偏转角度值 陀螺仪的定向性使它能测量360度范围内的角度变化，可以测量 得到物体的角速度，通过信号积分处理，可以获物体的姿态（倾 角）信息。 目前有3轴（X Y Z ）,
6轴（X XY Y YZ Z ZX）等
3轴陀螺仪
4
3、陀螺仪的特性
16
3、加速度计的应用
（1）游戏控制 加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，通过前后倾斜手
持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制。 （2）图像自动翻转
用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向，实现手机所要 显示图像的转正。
17
4、加速度计与陀螺仪组合应用
两轮自平衡车
18
此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！ 部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！
mems横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化freescale工业用invensense加速度和陀螺仪一体化4陀螺仪的分类按用途传感陀螺仪指示陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中作为水平垂直俯仰航向和角速度传感器指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示作为驾驶和领航仪表使用
陀螺仪与加速度传感器
陀螺仪
重力加速度计
1
一、陀螺仪 1.英文名称：gyroscope
电子陀螺仪
机械陀螺仪-3轴
2
2.陀螺仪的工作原理
陀螺仪是由陀螺旋转的原理制成的，用于测量物体的角速度 陀螺是围绕着某个固定的支点而快速转动起来的刚体，它的 质量是均匀分布的，形状是以轴为对称的，自转轴就是它的对称 轴。在一定力矩的作用下，陀螺会一直在自转，而且还会围绕着 一个不变的轴一直在旋转，称作陀螺的旋进或者是回转效应。例 如很多孩子小时候玩的陀螺。
陀螺仪实验报告
university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people’s republic of china陀螺仪实验实验报告李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验）实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。
实验仪器①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺或直尺。
实验原理1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度?为：?=d?r/dt=m/ip (1) 式中?r为陀螺仪盘的角速度，ip为陀螺仪盘的转动惯量。
m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。
由作用和反作用定律，作用力为：f=m(g-a) (2) 式中g为重力加速度，a为轨道加速度（或线加速度）轨道加速度与角加速度的关系为：a=2h/tf2； ?=a/r (3) 式中h为砝码下降的高度，r如图1所示为转轴的半径，tf为下落的时间。
将(2)(3)代入(1)2ip?2mr2t?h2mgr可得： (4)2f测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。
2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物w使陀螺仪ab轴（x轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕x轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量l：l=ip.?r (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m（50g）时就会产生一个附加的力矩m*，这将使原来的角动量发生改变：dl/dt=m*=m*gr* (6) 由于附加的力矩m*的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量l变化dl，由图1可见： dl=ld?这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩m*的作用下将会发生进动。
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”。
加速度计和陀螺仪传感器原理检测及应用
加速度计和陀螺仪传感器原理检测及应用加速度计的原理是基于质量的惯性。
它包含一个质量块，当物体受到加速度时，质量块会受到力的作用，从而产生位移。
位移可以通过电容、压电或压阻等方式检测。
根据牛顿第二定律F=ma，可以通过测量质量块上的力来计算出加速度。
陀螺仪的原理是基于转子的旋转。
转子在其轴向上旋转时，会受到科里奥利力的作用，导致转子发生位移。
位移可以通过电容、压电或压阻等方式检测。
根据角动量守恒定律L=Iω，可以通过测量转子上的力矩和惯性矩来计算出角速度。
在使用加速度计和陀螺仪进行检测时，需要注意其精度和误差。
加速度计的误差包括基线误差（如零偏误差和灵敏度误差）和非线性误差。
陀螺仪的误差包括漂移误差和振动误差。
针对这些误差，可以通过校准、信号处理和滤波等手段进行补偿和消除。
加速度计和陀螺仪的应用非常广泛。
加速度计可以用于物体的运动检测与测量，例如汽车碰撞检测、地震检测、体育运动分析等。
陀螺仪可以用于物体的姿态估计与控制，例如飞行器姿态控制、虚拟现实头显的运动跟踪等。
同时，加速度计和陀螺仪也常常结合使用，以提供更精确的运动状态信息。
总之，加速度计和陀螺仪是两种常用的传感器，用于测量物体的加速度和角速度。
它们的原理基于质量的惯性和转子的旋转，通过检测位移来计算出加速度和角速度。
在应用中，需要注意其精度和误差，并根据具体需求进行校准和补偿。
加速度计和陀螺仪在各种领域都有广泛的应用，如车辆安全、地震监测和虚拟现实等。
陀螺仪与加速度计的测试目的与意义分解课件
制定统一的测试标准
制定和完善陀螺仪与加速度计的测试标准，确保测试结果的准确 性和可比性。
规范测试流程
制定详细的测试流程和操作规范，确保测试的一致性和可靠性。
建立认证体系
建立陀螺仪与加速度计的认证体系，对符合标准的测试机构进行认 证，提高测试质量。
测试领域的拓展
01
02
03
拓展应用领域
随着技术的不断发展，陀 螺仪与加速度计的应用领 域将不断拓展，测试领域 也将随之扩大。
定制化测试服务
针对不同领域和不同需求， 提供定制化的陀螺仪与加 速度计测试服务，满足客 户的特殊需求。
跨界合作与创新
鼓励跨界合作与创新，推 动陀螺仪与加速度计测试 技术的发展，拓展新的应 用领域和市场。
THANK YOU
02
测试环节可以对陀螺仪与加速度 计的性能进行全面评估，确保产 品在实际使用中能够稳定、可靠 地工作。
保证测量精度
陀螺仪与加速度计作为重要的传感器，其测量精度直接影响到导航、控制、监测 等系统的性能。通过测试，可以确保产品的测量精度达到预期要求。
在测试过程中，可以对陀螺仪与加速度计的各项性能指标进行详细评估，如零点 漂移、灵敏度、线性度等，从而确保产品在实际使用中能够提供准确、可靠的测 量数据。
陀螺与加速度的 目的与意分解件
目 录
• 陀螺仪与加速度计的基本概念 • 陀螺仪与加速度计测试的目的 • 陀螺仪与加速度计测试的意义 • 陀螺仪与加速度计测试的挑战与解决方案 • 陀螺仪与加速度计测试的未来展望
contents
定义与工作原理
定义
陀螺仪和加速度计是两种常用的 惯性传感器，用于测量和保持方 向。陀螺仪可以测量旋转运动， 而加速度计可以测量线性运动。
陀螺仪实训报告(3篇)
第1篇一、实训背景陀螺仪是一种能够测量或维持物体姿态的传感器，广泛应用于航空、航天、航海、机器人、虚拟现实等领域。
为了提高对陀螺仪原理和应用的了解，我们进行了陀螺仪实训，通过实际操作和理论分析，掌握了陀螺仪的基本原理、工作原理、应用领域及调试方法。
二、实训目的1. 理解陀螺仪的基本原理和工作原理；2. 掌握陀螺仪的组成、结构及工作原理；3. 熟悉陀螺仪的应用领域及调试方法；4. 提高动手能力和实践操作能力。
三、实训内容1. 陀螺仪基本原理及工作原理（1）陀螺仪基本原理：陀螺仪是一种利用陀螺效应的传感器，通过测量物体角速度来检测物体姿态。
当陀螺仪受到外力矩作用时，陀螺仪的旋转轴会保持稳定，从而实现测量物体角速度和姿态的目的。
（2）陀螺仪工作原理：陀螺仪主要由转子、传感器、处理电路和输出接口等部分组成。
当陀螺仪受到外力矩作用时，转子会产生角动量，传感器将角动量转换为电信号，处理电路对电信号进行处理，最终输出物体角速度和姿态信息。
2. 陀螺仪组成及结构（1）转子：陀螺仪的核心部件，通常由高速旋转的金属或非金属材料制成，具有较高的旋转速度和稳定性。
（2）传感器：将转子的角动量转换为电信号，常见的传感器有光电式、磁电式、压电式等。
（3）处理电路：对传感器输出的电信号进行处理，提取物体角速度和姿态信息。
（4）输出接口：将处理后的信息输出，供其他设备使用。
3. 陀螺仪应用领域及调试方法（1）应用领域：航空、航天、航海、机器人、虚拟现实、运动控制、导航定位等。
（2）调试方法：根据陀螺仪的具体型号和应用场景，进行以下调试：①校准：通过软件或硬件手段，使陀螺仪输出准确的数据。
②滤波：对陀螺仪输出数据进行滤波处理，消除噪声和干扰。
③校准陀螺仪参数：根据实际应用需求，调整陀螺仪的参数，如采样频率、输出范围等。
四、实训过程1. 实训器材：陀螺仪模块、电脑、调试软件等。
2. 实训步骤：（1）了解陀螺仪的基本原理、组成及工作原理。
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.。
陀螺仪的实验报告
陀螺仪的实验报告陀螺仪的实验报告引言：陀螺仪是一种测量和检测旋转运动的仪器，广泛应用于航空航天、导航系统、惯性导航等领域。
本实验旨在通过搭建一个简单的陀螺仪实验装置，探究陀螺仪的原理和应用。
实验装置：实验装置由一个陀螺仪、一个支架和一个旋转轴组成。
陀螺仪由一个旋转的转子、一个固定的支架和一个测量旋转角度的仪表组成。
实验步骤：1. 将陀螺仪固定在支架上，并确保转子能够自由旋转。
2. 将支架固定在旋转轴上，确保支架能够在水平面上自由旋转。
3. 启动陀螺仪，并记录起始时刻的旋转角度。
4. 通过手动旋转支架，使陀螺仪的转子发生旋转。
5. 观察仪表上的旋转角度变化，并记录下来。
6. 反复进行步骤4和步骤5，记录不同旋转速度和旋转方向下的旋转角度。
实验结果：在本实验中，我们发现陀螺仪的转子在受到外力作用时，会产生一个与外力方向垂直的陀螺力矩。
这个陀螺力矩使得陀螺仪的转子保持旋转，并且会使支架产生一个倾斜角度。
同时，我们还观察到陀螺仪的旋转角度与旋转速度呈线性关系，即旋转速度越大，旋转角度也越大。
讨论：陀螺仪作为一种测量旋转运动的仪器，具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，陀螺仪被用于测量飞机、导弹等飞行器的姿态和角速度，从而实现精确的导航和控制。
在导航系统中，陀螺仪可以配合加速度计等其他传感器，实现惯性导航，提高导航的准确性和稳定性。
此外，在工业生产中，陀螺仪也可以用于测量机械设备的旋转角度和角速度，监测设备的工作状态。
结论：通过本次实验，我们深入了解了陀螺仪的原理和应用。
陀螺仪作为一种测量旋转运动的仪器，具有广泛的应用前景。
在实际应用中，我们可以根据具体需求选择不同类型和精度的陀螺仪。
同时，我们还需要注意陀螺仪的灵敏度和稳定性，以保证测量结果的准确性。
致谢：在此，感谢本次实验的指导老师和实验室的支持。
通过这次实验，我们不仅学到了关于陀螺仪的知识，也提高了实验操作和数据分析的能力。
感谢所有为本次实验付出努力的人们。
陀螺仪实习报告
一、实习目的本次实习旨在了解陀螺仪的基本原理、结构、工作方式以及在实际应用中的重要作用。
通过实习，使学生掌握陀螺仪的基本操作技能，提高学生对陀螺仪相关知识的理解和应用能力。
二、实习时间2021年X月X日至2021年X月X日三、实习地点XX大学实验室四、实习内容1. 陀螺仪基本原理陀螺仪是一种利用陀螺效应进行测量的装置，其主要原理是陀螺仪的转子在旋转过程中，具有保持角动量守恒的特性。
当陀螺仪受到外力矩的作用时，其角速度会发生变化，但角动量保持不变。
通过测量陀螺仪的角速度变化，可以确定陀螺仪的角加速度，从而实现角度、角度速度、角加速度的测量。
2. 陀螺仪结构及工作方式陀螺仪主要由转子、陀螺仪支架、传感器、信号处理电路等组成。
陀螺仪的工作方式如下：（1）转子：陀螺仪的核心部件，由高速旋转的轴和旋转体组成。
转子在高速旋转过程中，具有保持角动量守恒的特性。
（2）陀螺仪支架：用于支撑转子，使其能够自由旋转。
（3）传感器：用于测量陀螺仪的角速度、角加速度等参数。
（4）信号处理电路：将传感器采集到的信号进行处理，得到所需的测量结果。
3. 陀螺仪实际应用陀螺仪在军事、航空航天、航海、工业等领域具有广泛的应用，以下列举几个典型应用：（1）军事领域：陀螺仪可用于导航、制导、稳定平台等，提高武器装备的精度和可靠性。
（2）航空航天领域：陀螺仪可用于飞机、卫星的导航、姿态控制等，保证飞行器的稳定性和安全性。
（3）航海领域：陀螺仪可用于船舶导航、姿态控制等，提高船舶的航行精度和安全性。
（4）工业领域：陀螺仪可用于旋转机械的监测、控制等，提高生产效率和产品质量。
五、实习过程1. 实习前期准备（1）学习陀螺仪的基本原理、结构、工作方式等相关知识。
（2）了解陀螺仪在各个领域的应用。
（3）熟悉实验室设备，包括陀螺仪、传感器、信号处理电路等。
2. 实习过程（1）观察陀螺仪的结构，了解其各个组成部分的功能。
（2）操作陀螺仪，进行角度、角度速度、角加速度等参数的测量。
重力加速度计 mma7660 陀螺仪
|
| SRST=0x03,
SR=(2,2,1),
| MODE=(0, 1, 0, 1, 1, 0, 1)
INTSU
timeout
| Active & Auto-Sleep
^ | state changes
(64 Samples/Sec)
| interrupt | Auto-Wake ( = Half Sleep) (8 Samples/Sec)
| | Байду номын сангаасPCNT=0xA0
| v
也就是说,系统初始化时先进入 Standby 模式,通过 I2C 设置寄存器, 设好后进入 Active &Auto Sleep 模 式 , 当 定 时 器 计 数 超 时 后 , 进 入 Auto-Wake( 低 频 采 样 模 式 ), 在 Auto-Wake 模式下,只有板子状态改变(比如改变水平/垂直方向,拍打等),由此产生中断后才会 唤醒,重新进入 Active & Auto-Sleep 模式.
物体在高速旋转后,其轴心就存在指向的稳定性. 陀螺仪是一种在立体空间内,全方位的角度偏移检测仪器. 2.1 模型直升机上陀螺仪的功用
直升机飞行的基本原理是利用主旋翼可变角度产生反向推力而上升 , 但对 机身会产生扭力作用, 于是需要加设一个尾旋翼来抵消扭力,平横机身. 但怎样使尾旋翼利 用合适的角度来平衡机身呢? 这就用到陀螺仪了, 它可以根据机身的摆动多少,自动作出补 偿讯号给伺服器 ,去改变尾旋翼的 角度,产生推力平衡机 身.以前 ,模型直升机是没 有陀螺仪的, 油门, 主旋翼角度很难配合, 起动后便尽快往上空飞(因为飞行时较易控制),如要悬停就要控 制杆 快速灵敏 的动作 ,所以 很容易撞 毁,现在 已有多种 直升机模 型使用的 陀螺仪 ,分别 有机械 式, 电子式,电子自动锁定式.
动三轴实验报告范文
动三轴实验报告范文实验目的：1.了解三轴加速度计和陀螺仪的原理和工作方式；2.掌握在手机或其他传感器中使用三轴加速度计和陀螺仪检测物体运动的方法；3.熟悉数据采集和分析的基本操作。
实验原理：三轴加速度计是一种传感器，可以测量物体在三个方向上的加速度。
这些加速度的数值可以用来计算物体的速度和位移。
三轴陀螺仪是一种传感器，可以测量物体在三个方向上的角速度。
这些角速度的数值可以用来计算物体的角度和方向。
实验步骤：1.准备工作：确认实验所需设备齐全，并确保三轴加速度计和陀螺仪已连接到手机或其他数据采集设备上；2.设置实验参数：根据需要，设置采样频率、采样时长和采样范围等实验参数；3.安装传感器：将手机或其他数据采集设备安装在需要检测运动的物体上；4.运动采集：开始采集数据时，让物体做各种运动，例如上下运动、左右运动、前后运动等，并确保物体在各个方向上都有运动；5.数据保存：将采集到的数据保存到计算机或其他存储设备上；6. 数据分析：使用数据分析软件，例如Excel或Python等，对采集到的数据进行分析和绘图；7.实验结果：根据数据分析的结果，得出物体的运动特征，例如速度、加速度、角速度、角度等。
实验结果与讨论：通过对采集到的数据进行分析，我们可以得出物体的运动特征。
例如，可以计算出物体的速度随时间的变化关系，从而了解物体的运动状态；可以计算出物体在三个方向上的加速度随时间的变化关系，从而了解物体的运动加速度大小和方向；可以计算出物体的角速度随时间的变化关系，从而了解物体的旋转状态；可以计算出物体的角度随时间的变化关系，从而了解物体的方向变化。
这些运动特征的分析结果可以帮助我们更深入地理解物体的运动规律和特性。
不过需要注意的是，在实际的应用中，由于传感器的误差和噪声等因素的影响，所测量的数据可能会有一定的误差。
因此，在进行数据分析时，应该考虑到这些误差的存在，并采取相应的数据处理方法，例如滤波、校准等，以提高数据的准确度和可靠性。
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。
陀螺仪传感器和加速度传感器的区别和相关应用
陀螺仪传感器和加速度传感器的区别和相关应用对于不熟悉这类产品的人来说，陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。
在假想的平面上挥动鼠标，屏幕上的光标就会跟着移动，并可以绕着链接画圈和点击按键。
当你正在演讲或离开桌子时，这些操作都能够很方便地实现。
陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的，已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上（IPHONE的三轴陀螺仪技术）。
陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。
人们根据这个道理，用它来保持方向。
然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。
我们骑自行车其实也是利用了这个原理。
轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。
现代陀螺仪可以精确地确定运动物体的方位的仪器，它在现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。
传统的惯性陀螺仪主要部分有机械式的陀螺仪，而机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高。
70年代提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。
光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠。
光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。
光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外。
陀螺仪传感器应用1、国防工业陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的，而它现在已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上，不仅仅如此现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，所以陀螺仪传感器是现代航空，航海，航天和国防工业应用中的必不可少的控制装置。
陀螺仪传感器是法国的物理学家莱昂傅科在研究地球自转时命名的，到如今一直是航空和航海上航行姿态及速率等最方便实用的参考仪表。
2、开门报警器。
惯性元件陀螺仪、加速度计简介共54页
2.3 三自由度陀螺仪应用-1
• 三自由度支撑能使陀螺仪保持惯性主轴在 空间中的方向不变，三自由度陀螺仪应用 于导弹上的基本功能是敏感角位移；
• 根据其在弹体上安装方式的不同，可分为 垂直陀螺仪和方向陀螺仪。
• 首先我们介绍三个姿态角的概念：
2.3 三自由度陀螺仪应用-2
• 弹体坐标系：坐标系原点O定义在飞行器的
2.1 陀螺仪概述-8
• 1950s，以陀螺仪为核心的惯性导航技术趋 于成熟，其标志是1958年，美国“鹦鹉螺” 号核潜艇经 珍珠港白令海峡-北极波特兰，历时 21天，航程 15000 Km。
2.2 陀螺仪的基本特性-1
三自由度陀螺仪示意图和简化示意图
2.2 陀螺仪的基本特性-2
• 陀螺仪的两个基本特性： • 1) 定轴性：陀螺在不受任何外力和外力矩
2.2 陀螺仪的基本特性-7
• 4) 外力矩为零时，进动角速度为零，保持H 恒定，这就是定轴性；
• 5) 章动：陀螺转子轴受冲击后在原来位置 附近振荡的现象，陀螺转子达到额定转速 之后才投入工作，以抑制章动；
• 6) 陀螺力矩，是陀螺仪加给外界施力的反 力矩，与外力矩大小相等，方向相反。
• 7) 技术方程和运动分析参见参考书。
• 滚转角： OY1轴与包含弹体纵轴的垂直平 面之间的夹角，弹体向右滚转时为正，反 之为负。
2.3 三自由度陀螺仪应用-4
• 垂直陀螺仪的功 能是测量飞行器 的俯仰角和滚转 角。
垂直陀螺仪原理图
2.3 三自由度陀螺仪应用-5
方向陀螺仪的功 能是测量飞行器 的俯仰角和偏航 角。
方向陀螺仪原理图
2.3 三自由度陀螺仪应用-6
• 三自由度陀螺仪的几个说明： • 1) 姿态角过大时，有时会失去一个自由度，
陀螺实验报告
一、实验目的1. 了解陀螺仪的基本原理和构造；2. 掌握陀螺仪的实验方法及操作技巧；3. 通过实验验证陀螺仪的稳定性、灵敏度等性能指标；4. 分析陀螺仪在不同条件下的工作状态。
二、实验原理陀螺仪是一种利用陀螺效应进行测量的装置。
当陀螺旋转时，其旋转轴与旋转平面始终保持垂直。
陀螺仪的基本原理是利用陀螺的这种特性，通过测量陀螺的角速度和角加速度，来反映物体的运动状态。
三、实验器材1. 陀螺仪；2. 支架；3. 旋转器；4. 角度测量仪；5. 数字秒表；6. 计算器。
四、实验步骤1. 将陀螺仪安装在支架上，确保陀螺仪的旋转轴与支架垂直；2. 使用旋转器将陀螺仪旋转至水平状态；3. 用角度测量仪测量陀螺仪的初始角度；4. 记录陀螺仪旋转一周所需时间；5. 分别在水平、垂直和倾斜三个方向上测量陀螺仪的稳定性；6. 记录陀螺仪在不同方向上的旋转频率；7. 观察并记录陀螺仪在不同条件下的工作状态。
五、实验数据及分析1. 陀螺仪初始角度为0°，旋转一周所需时间为T1秒；2. 在水平方向上，陀螺仪旋转频率为f1 Hz；3. 在垂直方向上，陀螺仪旋转频率为f2 Hz；4. 在倾斜方向上，陀螺仪旋转频率为f3 Hz；5. 陀螺仪在不同方向上的稳定性表现良好。
六、实验结果与分析1. 陀螺仪在水平、垂直和倾斜三个方向上的旋转频率基本一致，说明陀螺仪具有良好的稳定性；2. 陀螺仪在不同方向上的旋转频率与旋转一周所需时间成正比，符合陀螺仪的原理；3. 陀螺仪在不同条件下的工作状态表现良好，验证了陀螺仪的灵敏度。
七、实验结论通过本次实验，我们掌握了陀螺仪的基本原理和实验方法，验证了陀螺仪的稳定性和灵敏度。
陀螺仪作为一种重要的测量装置，在军事、航空航天、航海等领域具有广泛的应用前景。
八、实验注意事项1. 实验过程中，确保陀螺仪的旋转轴与支架垂直，避免因支架倾斜而影响实验结果；2. 使用旋转器旋转陀螺仪时，力度要适中，避免过大的力矩影响陀螺仪的旋转；3. 观察陀螺仪的工作状态时，注意观察其旋转频率和稳定性，以便及时发现问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
陀螺仪及加速度计特性及应用实验
1.了解陀螺仪及加速度计的工作原理；
2.掌握陀螺仪及加速度计的测量方法；
3.掌握陀螺仪及加速度计的电路组成及原理。
1.分析陀螺仪及加速度计测量电路的原理；
2.连接陀螺仪及加速度计物理信号到电信号的转换电路；
3.软件观测传感器姿态变化时输出信号的变化情况；
4.记录实验波形数据并进行分析。
1.开放式传感器电路实验主板；
2.陀螺仪及加速度计测量模块；
3.导线若干。
陀螺仪及加速度计MPU-9250是一个QFN封装的多芯片模块，如图9-1所示。
其中包含了三轴的加速度计、三轴的陀螺仪、三轴的磁力计以及一个内置DMP数字运动处理模块。
图9-1 陀螺仪及加速度计
mpu9250芯片内部使用的角速度传感器是微机械陀螺仪，它利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。
通常芯片里面有两个方向的可移动电容板。
径向的电容
板加震荡电压迫使物体作径向运动（有点像加速度计中的自测试模式），横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化（就像加速度计测量加速度）。
因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。
陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，传统结构是内部有个陀螺，如下图所示（三轴陀螺），三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。
三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。
也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。
图9-2 传统结构陀螺仪
加速度计（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感应器，实际上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速计通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），这一点又有点类似于陀螺仪，但陀螺仪的更多关注自身旋转情况（原位运动），加速计则主要是测量设备的受力情况，也就是三轴运动情况，尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能，但设计原理决定更适合于空间运动判断。
磁力计可以测量地磁场，从而判断出航向，有点类似于指南针。
MPU9250九轴传感器的各个轴向，可以通过查看其数据手册得出，如下图说明：
图9-3 加速度计和陀螺仪轴向定义 图9-4 磁力计轴向定义 其中，图中的▪表示芯片引脚pin1脚，故而可在MPU9250外围电路处理后的模块中确定九个轴的轴向，如下图所示：
图9-5 轴向坐标轴
图9-6 陀螺仪及加速度计实验原理图
步骤一 连接设备
MPU9250 引脚pin1
Y
X Z
1．启动实验用的计算机，打开NI LabVIEW 2019软件；
2．将实验板插在NI ELVIS III的槽中，连接NI ELVIS III电源和与计算机通信的USB线；
3．打开NI ELVIS III开关，设备左边的电源灯亮。
4．打开编程开关APPLICATION BOARD POWER，板子右上方电源绿色灯亮。
步骤二实验连线
图9-7 接线图
1．参考图9-7实验连线图，正确连接实验线路。
2．按照接线图设置好物理通道，点击程序中的【测量/暂停】按钮，按钮变为黄色，实验程序开始运行。
3．转动传感器，即可读取程序测量的角速度和加速度值。
4．利用【保存数据】按钮，记录下陀螺仪及加速度计传感器模块输出的值。
1.按要求完整填写测试表格及测试数据；
2.分析并总结实验结果；
3.写出本次实验心得体会。
1．查找资料，了解陀螺仪及加速度计的通讯方式及算法。
2．结合多轴传感器的知识，学习了解多轴传感器的数据融合方法，例如卡尔曼滤波、DMP 等，并查阅资料了解多轴传感器在具体运用中的使用方法。
附：实验程序界面。