陀螺仪与加速度传感器介绍

6、陀螺仪举例
（1）用于手机上——关于平衡类的游戏
陀螺仪检测运动的角速度，通过测定翻转手机的速度来控制小球 移动速度
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（2）三轴数字输出电子陀螺仪——L3g4200d
输入电压：2.4V~3.6V 数字输出：16位数字量 通信方式： I2C（串行）/SPI（串口） 方式 量程范围：±250/500/2000 dps（度每秒）
4、陀螺仪的分类
按用途
传感陀螺仪 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
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。
按发展
机械式陀螺仪：陀螺方向仪 陀螺罗盘 电子陀螺仪：激光陀螺仪、光纤陀螺仪等
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5、陀螺仪的功能
陀螺仪器最早是用于航海导航， 陀螺仪器：指示仪表，可作为自动控制系统中信号传感器。 能提供准确水平、位置、速度和加速度等信号，可以实现检 测平衡，自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行。 陀螺仪器同时能提供准确的方位，在导弹、卫星运载器或空 间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体 的姿态控制（位置信号）和轨道控制（方向信号）。
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• ENC-03 模拟量输出陀螺仪
– 输出一个和角速度成正比的模拟电压信号 – 供电电压Vdc 2.7~5.25
最大角速度 deg./sec. +/-300 输出（当角速度=0） Vdc1.35 比例系数 mV/deg./sec. 0.67 响应频率Hz 50 max.
– 一个传感器测量一个轴的旋转； 低通滤波器拟制噪音（大约 22-25kHz）
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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。
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4、加速度计与陀螺仪组合应用
两轮自平衡车
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通过利用3轴陀螺仪，可以实现对运动物体平衡的控 制，如航模直升机上采用的便是该陀螺仪传感器， 如自平衡云台（视频）等；
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二、加速度传感器
1、英文名称：acceleration transducer
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加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就 是当物体在加速过程中作用在物体上的力，加速力可以是个常量 ，比如g，也可以是变量。
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MEMS微机电系统陀螺仪
• 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 – 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 – 科里奥利力(科氏加速度)正比于角速度
• 厂家
– ST 三轴 – Freescale 工业用 – Senodia（国内） – InvenSense 加速度和陀螺仪一体化 – Panasonic 车用 – EPSON 单轴
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
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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。
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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
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3、陀螺仪的特性
加速度计有两种：一种是角加速度计，用于常用于测量倾角 ，另一种就是线加速度计，用于测量运动物体的加速度。
角加速度计
线加速度计
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2、工作原理
当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度 作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与 加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。
如图所示，为输出模拟量加速度传感器原理 Δu=kgsinθ≈kgθ 式中，g为重力加速度；θ为车模倾角；k为加速度传 感器灵敏度系数系数。 当倾角θ比较小的时候，输出电压的变化可以近似与 倾角成正比。
（1）定轴性 当陀螺转子以高速旋转时，在没有任何外力矩作用在陀螺仪 上时，陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变， 即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。 这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。 稳定性改变：
1.转子的转动惯量愈大，稳定性愈好; 2.转子角速度愈大，稳定性愈好。
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（2）进动性 当转子高速旋转时，若外力矩作用于外环轴，陀螺仪将绕内环轴 转动;若外力矩作用于内环轴，陀螺仪将绕外环轴转动。其转动 角速度方向与外力矩作用方向互相垂直。 进动角速度的方向取决于动量矩H的方向(与转子自转角速度矢量 的方向一致)和外力矩M的方向，而且是自转角速度矢量以最短的 路径追赶外力矩。