浅析三轴陀螺仪

陀螺仪(Gyroscope)，是一种用来传感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的轮子构成。

陀螺仪一旦开始旋转，由于轮子的角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。

陀螺仪有单轴陀螺仪和三轴陀螺仪，单轴的只能测量一个方向的量，也

就是一个系统需要三个陀螺仪。而三轴陀螺仪可同时测定6 个方向的位置，移

动轨迹，加速。所以一个三轴陀螺仪就能替代三个单轴陀螺仪。三轴陀螺仪多

用于航海、航天等导航、定位系统，能够精确地确定运动物体的方位。如今也

多用于智能手机当中，比如最早采用该技的苹果iPhone 4。

三轴陀螺仪工作原理图

其实iPhone4 采用的三轴陀螺仪，也叫微机械陀螺仪也可称作MEMS 陀螺仪。芯片内部含有一块微型磁性体，可以在手机进行旋转运动时产生的科里

奥力作用下向X,Y,Z 三个方向发生位移，利用这个原理便可以测出手机的运动

方向。而芯片核心中的另外一部分则可以讲有关的传感器数据转换为iPhone 4 可以识别的数字格式，所以，当该系统运行时，无论你将iPhone 4 上移或者甩动，里面的芯片接受指令就会向iPhone 4 的CPU 传输数据，使得iPhone 4 能够做出正确的回应。

目前手机中采用的三轴陀螺仪用途主要体现在游戏的操控上，有了三轴

陀螺仪，我们在玩现代战争等第一人称射击游戏以及狂野飙车等竞技类游戏时，可以完全摒弃以前通过方向按键来控制游戏的操控方式，我们只需要通过移动

手机相应的位置，既可以达到改变方向的目的，使游戏体验更加真实、操作更

加灵活。

电子陀螺仪工作原理【详述】

电子陀螺仪工作原理内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 电子陀螺仪其实就是机械式陀螺仪的进化，机械式是利用真实的陀螺等机械制作的，而电子是利用芯片来实现陀螺仪的功能，其工作原理类似（电子只不过是模拟出来的而已）。所有陀螺仪的工作原理是一样的：广泛应用于航海、航空和航天领域，种类很多，其中陀螺罗盘就是代替罗盘的装置。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，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。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。最基础的陀螺仪的结构：基础的陀螺仪是一种机械装置，其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子，转子装在一支架内；历史： 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转

动中的转子（rotor），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现也，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.

浅谈陀螺仪.

课程:学号:姓名: 浅谈陀螺仪摘要:首先介绍陀螺仪的发展历史、结构及其工作原理等,然后介绍不同种类的陀螺仪, 最后介绍陀螺仪在各种领域的应用。关键词:陀螺仪;简介;分类;应用无论是大至航空器械, 还是小至智能手机, 当利用它们来导航定位时, 都少不了一种器件——陀螺仪。陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。 1. 陀螺仪简介绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺 (top。通常所说的陀螺是特指对称陀螺,它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体,其几何对称轴就是它的自转轴。与苍蝇退化的后翅(平衡棒原理类似。在一定的初始条件和一定的外在力矩作用下, 陀螺会在不停自转的同时,环绕着另一个固定的转轴不停地旋转,这就是陀螺的旋进 (precession,又称为回转效应 (gyroscopic effect。陀螺旋进是日常生活中常见的现象,许多人小时候都玩过的陀螺就是一例 [1]。人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪 (gyroscope, 它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。比如:回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动等。陀螺仪的种类很多, 按用途来分, 它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。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。指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示,作为驾驶和领航仪表使用。结构基本上陀螺仪是一种机械装置,其主要部分是一个对旋转轴以极高角速度旋转的转子, 转子装在一支架内;在通过转子中心轴 XX1上加一内环架,那么陀螺仪就可

带你看看高精度陀螺仪有哪些

带你看看高精度陀螺仪有哪些对于陀螺仪，可能大家没怎么听过这样概念，但是你早已接触过陀螺仪带来的功能。就是在不锁定手机的情况下，进行手机的翻转，界面也跟着翻转；在玩精灵宝可梦的时候，你通过手机的偏转，画面进行的偏转，从而抓到你的皮卡丘。陀螺仪的另一种叫法又称角速度传感器，从定义上来看陀螺仪是测量载体角运动或者角速度的传感器从应用的角度上来看，陀螺仪多用于导航、定位等系统常用实例如手机GPS 定位导航、卫星三轴陀螺仪定位，其陀螺仪的精度在整个过程中起到了至关重要的作用，也就是高精度的陀螺仪直接决定了惯性导航系统的精度以及制导和自动控制系统的性能品质。现在随着陀螺仪的发展，技术越来越成熟，陀螺仪的结构和原理都有着很大的变化。由于设备对偏转度的要求越来越精准，已经出现了高精度陀螺仪这一概念，完全不局限在传统的机械陀螺仪当中，下面就来介绍一下，近年来成功开发的高精度陀螺仪。 1.静电陀螺仪虽然传统的机械陀螺仪已经满足不了用户、或是场景变换上的精度需求了，但并不意味着包含转子结构的陀螺仪已经完全退出了高精度陀螺仪队伍当中。其身为机械陀螺仪的升级版本，静电陀螺仪利用电场克服了转子旋转的摩擦力，大大提高了陀螺仪的精度。可惜生产难度较大，限制了其大规模的应用。 2.压电陀螺仪对于经常接触传感器的人都会知道，在需要完成测压力这一任务的时候，我们基本会采用压电传感器。但对压电陀螺仪并不清楚，压电陀螺仪是一种振动陀螺，依靠压电材料的压电效应，当角速度不同时，贴在不同方向上的压电薄片的电压也出现偏差，依此测量角速度。作为高精度陀螺仪，压电陀螺仪的抗干扰能力也十分强大，甚至经受的动态核爆实验也没有损坏，因此多用在军工方面。 3.光纤陀螺仪光纤陀螺仪可谓顺应着时代的陀螺仪潮流而诞生，其具有精度高，体积小等特点，而且在

陀螺仪传感器分类及原理

【悠牛仪器仪表网】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。用来感测和维持方向的装置，它是航空、航海及太空导航系统中判断方位的主要依据，并且在汽车安全，航模，望远镜等领域广泛应用。主要检测空间某些相位的倾角变化、位置变化，主要用于空间物理领域，特别在航空、航海方面有较多的用途，如：飞机上的陀螺仪，当飞机在做360°翻转的时候，陀螺仪将会保持原始的基准状态不变，从而让驾驶员找到本飞机在空间状态的相位变化，也就是：当时飞机处在什么相位。陀螺仪传感器原理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，制造出来的东西就叫陀螺仪。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。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。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。陀螺仪传感器应用领域以及发展方向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，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前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。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。陀螺仪传感器分类根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有：二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度)。根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质，可以把这种陀螺仪分成三种类型：积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩);速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩); 无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩); 现在，除了机、电框架式陀螺仪以外，还出现了某些新型陀螺仪，如静电式自由转子陀螺仪，挠性陀螺仪，激光陀螺仪等。三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。直流电流传感器 https://www.360docs.net/doc/501552159.html,/subject/zhiliudianliuchuanganqi.html

浅谈在航拍过程中飞手与云台手的配合

112无人直升机和多旋翼航拍是需要配合完成的团队工作，随着航拍领域的不断拓展，对航拍操作流程的系统化和航拍镜头的高质量提出了更严格的要求，只有具备完善的航拍组织团队，才能够最大限度节约人力、物力，保障拍摄的专业性和艺术性。专业化的航拍摄像师多旋翼航拍特殊的工作环境，需要有专业航拍摄像师拍摄，才能够保证镜头的高质量。首先在审美方面，地面上看起来高大雄伟的建筑物在空中成了点、线、面的重新组合，用日常拍摄的方法，难以捕捉画面的美，这就需要航拍摄像师从专业的角度观察，运用独特的构图方式，来展示空中俯瞰的壮阔景色；其次多旋翼航拍配备的陀螺仪和机械减震设备操作方式复杂，摄像师在空中操作难度很大，只有具备相关的操作经验，长时间的练习，才能在航拍中运用自如，实现稳定流畅的镜头效果；第三，航拍中，气候和各种突发情况千变万化，与地面拍摄相比，航拍摄像师必须具备丰富的实践经验和知识储备，才能适应复杂的空中环境，从容解决突发问题，拍摄到优美的镜头影像。专业化的航拍飞行员航拍飞行和日常飞行的区别在于：航拍中更多运用特技飞行、超低空飞行等超常规模式，因此专业的航拍飞行员，首先必须具备丰富的实际操作经验，能够在各种条件下，尽可能配合航拍镜头设计，完成各种高难度的飞行动作，并保障航拍工作的安全性；其次根据航拍镜头的设计，很大程度需要飞行员来配合把握镜头的运动轨迹，航拍飞行员应当对电视及电影摄像的特点和规律有相当的了解，才能创造性地配合航拍进行；第三，在飞行过程中，飞行员需要有较好的沟通能力，与摄像师形成默契，在航拍过程中实时相互交流，达到飞行员、摄影师两位一体的最佳状态，才能取得完美的拍摄效果。责编/王晶浅谈在航拍过程中飞手与云台手的配合漫话航拍 HELICOPTER SHOOT

光纤陀螺仪的发展现状_周海波

2005年第24卷第6期传感器技术(J o u r n a l o f T r a n s d u c e r T e c h n o l o g y) 综述与评论光纤陀螺仪的发展现状周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰 (南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016) 摘　要:根据光纤陀螺仪的工作原理和特点,光纤陀螺仪具有不同的分类。介绍了国外光纤陀螺仪的现状,预测了近期和长远的发展趋势,旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。关键词:光纤陀螺仪;萨格纳效应;干涉型;谐振式;布里渊式中图分类号:T N2,T P2 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)06-0001-03 D e v e l o p m e n t s t a t u s o f f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e s Z H O UH a i-b o,L I UJ i a n-y e,L A I J i-z h o u,L I R o n g-b i n g (N a v i g a t i o nR e s C e n t e r,N a n j i n gU n i v e r s i t yo f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,N a n j i n g210016,C h i n a) A b s t r a c t:T h ef i b e r-o p t i cg y r o s c o p e(F O G)i sc l a s s i f i e d i n t od i f f e r e n tt y p e sa c c o r d i n gt oi t sp r i n c i p l ea n d c h a r a c t e r i s t i c.T h e i n t e r n a t i o n a l s t a t u so f F O G i si n t r o d u c e da n dt h es h o r t-t e r m a n dl o n g-t e r m t r e n do f F O G i s f o r e c a s t.I t w i l l b eb e n e f i t t o t h e c o u r s e o f o u r F O G. K e yw o r d s:F O G(f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e);S a g n a c e f f e c t;i n t e r f e r o m e t r i c;r e s o n a n t;B r i l l o u i n 0　引　言光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪———光学陀螺仪的一种,其基本工作原理基于萨格纳效应,即在同一闭合光路中从同一光源发出两束特征相同的光,沿相反的方向进行传播,汇合到同一探测点,产生干涉。若存在绕垂直于闭合光路所在平面的轴线相对惯性空间转动的角速度,则沿正、反方向传播的光束产生光程差,该差值与角速度成正比。通过光程差与相应的相位差的关系,可通过检测相位差,计算角速度。它一般由光纤传感线圈、集成光学芯片、宽带光源和光电探测器组成。与传统的机械陀螺仪相比,具有无运动部件、耐冲击、结构简单、启动时间短、灵敏度高、动态范围宽、寿命长等优点。与另一种光学陀螺仪———环形激光陀螺仪相比,光纤陀螺仪不需要光学镜的高精度加工、光腔的严格密封和机械偏置技术,能够有效地克服了激光陀螺的闭锁现象,易于制造。本文从光纤陀螺仪的原理和优点出发,着重对光纤陀螺仪的分类、国外研究现状及其发展趋势做了详细的介绍,希望对我国的光纤陀螺的研制和发展有所裨益。 1　光纤陀螺仪的分类光纤陀螺仪按照不同的分类标准,有不同的分类结果。按结构可分为单轴和多轴光纤陀螺,光纤陀螺的多轴化正是其发展方向之一。按其回路类型可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类,开环光纤陀螺不带反馈,直接检测光输出,省去许多复杂的光学和电路结构,具有结构简单、价格收稿日期:2004-11-20便宜、可靠性高、消耗功率低等优点,缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺的灵敏度,输入-输出线性度差、动态范围小,主要用作角度传感器[1]。闭环光纤陀螺包含闭环环节,大大降低光源漂移的影响,扩大了光纤陀螺的动态范围,对光源强度变化和元件增益变化不敏感,陀螺漂移非常小,输出线性度和稳定性只与相位变换器有关[2],主要应用于中等精度的惯导系统,对光纤陀螺的小型化和稳定性有重要作用,是高精度光纤陀螺研究的主要趋势。按照光学系统的构成可分为全光纤型和集成光学器件型。全光纤陀螺成本较低,但实现高精度的技术难度较大,大多用于精度要求不高和低成本的场合。集成光学器件光纤陀螺在信号处理中可以采用数字闭环技术,易于实现高精度和高稳定性,是目前最常用的光纤陀螺构成模式。按照性能和应用的角度可分为速率级、战术级和惯性级等3个级别[3]。速率级光纤陀螺已经产业化,主要应用于机器人、地下建造隧道、管道路径勘测装置和汽车导航等对精度要求不高的场合。日本、法国等国家研制、生产的这种精度的陀螺仪,已大批量应用到民用领域。战术级光纤陀螺具有寿命长、可靠性高和成本低等优点,主要用于战术导弹、近程/中程导弹和商用飞机的姿态对准参考系统中。惯性级光纤陀螺主要是用于空间定位和潜艇导航,其开发和研制正逐步走向成熟,美国有关公司和研究机构是研制、生产该级别光纤陀螺的佼佼者,如H o n e y w e l l,N o r t h r o p等公司。 1

多普勒雷达测速

多普勒雷达多普勒雷达测速是一种直接测量速度和距离的方法。在列车上安装多普勒雷达，始终向轨面发射电磁波，由于列车和轨面之间有相对运动，根据多普勒频移效应原理，在发射波和反射波之间产生频移，通过测量频移就可以计算出列车的运行速度，进一步计算出列车运行的距离。克服了车轮磨损、空转或滑行等造成的误差，可以连续测速、测向和定位。多普勒效应当发射源(或接收者)相对介质运动时，接收者接收到的电磁波的频率和发射源的频率不同，这种现象被称为多普勒效应。物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移)。在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移)。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红／蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。多普勒效应假设原有波源的波长为λ，频率为f0，介质中波速为c则 (1)当波源静止不动Vs=0，观察者以V0相对波源移动(向波源方向) (2)当观察者静止不动V0=0，波源以Vs相对观察者移动(向观察者方向) (3)当波源移动速度为Vs，观察者移动速度为V0，相对运动，此时介质中的波长和观察者接收到的波的个数都有变化多普勒雷达的测速原理多普勒雷达法利用多普勒效应测量列车运行速度。在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列车的运动会产生多普勒效应，所以检测到的信号其频率与发送的信号频率是不完全相同的。如果列车在前进状态，反射的信号频率高于发射信号频率；反之，则低于发射信号频率。而且，列车运行速度越快，两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行速度，对列车的速度进行积分就可得到列车的运行距离。多普勒雷达的测速原理雷达发射电磁波的频率为F，在介质中的传播速度为c，发射角为a1，当雷达以速度V平行于反射面运动(反射面静止)，则在反射面接收到的波频率为f1 而此时反射面把波反射回去，相当于波源(静止)，雷达接收反射回来的波，相当于观察者(平行反射面速度为V)，由于雷达的运动，入射角为a2，则雷达接收到的波频率为f2 多普勒雷达的测速原理发射波与接收波的频移为由于雷达运动的速度V远远小于电磁波的速度c，可以近似认为入射角a2=a1，则频移将上式展为泰勒级数，并舍去高次项，可得也就是说，发射波与入射波之间的频移fr与雷达的速度V沿发射波方向的分量的大小成正比。如果发射角a1固定，则频移fr就是与雷达速度V成正比，只要测量出频移fr 的值，就可以计算出雷达的运动速度V 误差来源 ?为了简化计算，减少处理难度，一般都会取简化后的公式来计算，然而，由于简化公式是通过舍入的方法进行简化得，简化公式与原公式之间存在一定误差，这样在使用简化公式之前就要先考虑这个误差对计算的影响。 ?列车运行的过程中，由于轨面不平整或其他原因，列车会产生振动，但列车的振动基本上都是车体的高频上下小幅度运动

MEMS陀螺仪工作原理

陀螺仪是用来测量角速率的器件，在加速度功能基础上，可以进一步发展，构建陀螺仪。陀螺仪的内部原理是这样的：对固定指施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量；这有点类似于加速度计，解码方法大致相同，都会用到放大器。角速率由科氏加速度测量结果决定 - 科氏加速度 = 2 × (w ×质量块速度) - w是施加的角速率(w = 2 πf) 通过14 kHz共振结构施加的速度（周期性运动）快速耦合到加速度计框架 - 科氏加速度与谐振器具有相同的频率和相位，因此可以抵消低速外部振动该机械系统的结构与加速度计相似（微加工多晶硅）信号调理（电压转换偏移）采用与加速度计类似的技术施加变化的电压来回移动器件，此时器件只有水平运动没有垂直运动。如果施加旋转，可以看到器件会上下移动，外部指将感知该运动，从而就能拾取到与旋转相关的信号。

上面的动画，只是抽象展示了陀螺仪的工作原理，而真实的陀螺仪内部构造是下面这个样子。

PS：陀螺仪可以三个一起设计，分别对应于所谓滚动、俯仰和偏航。任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滚动是指向左或向右翻滚。要正确控制任何类型的航空器或导弹，都需要知道这三个参数，这就会用到陀螺仪。它们还常常用于汽车导航，当汽车进入隧道而失去GPS信号时，这些器件会记录您的行踪。无人机在飞行作业时，获取的无人机影像通常会携带配套的POS数据。从而在处理中可以更加方便的处理影像。而POS数据主要包括GPS数据和

IMU数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。 GPS数据一般用X、Y、Z表示，代表了飞机在飞行中曝光点时刻的地理位置。飞控是由主控MCU和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）组成。IMU提供飞行器在空间姿态的传感器原始数据，一般由陀螺仪传感器/加速度传感器/电子罗盘提供飞行器9DOF数据。 IMU中的传感器用来感知飞行器在空中的姿态和运动状态，这有个专有名词叫做运动感测追踪，英文Motion Tracking。运动感测技术主要有四种基础运动传感器，下面分别说明其进行运动感测追踪的原理。微机电系统（MEMS） IMU中使用的传感器基本上都是微机电系统（MEMS），是半导体工业中非常重要的一个分支。微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。微机电系统是微米大小的机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的。我们的四轴飞行器上用到的加速度陀螺仪MPU6050，电子罗盘 HMC5883L都是微机电系统，属于传感MEMS分支。传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。加速器（G-sensors）加速器可用来感测线性加速度与倾斜角度，单一或多轴加速器可感应结合线性与重力加速度的幅度与方向。含加速器的产品，可提供有限的运动感测功能。加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。当我们把加速度计拿在手上随意转动时，我们看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量，而不是通过加速度。

浅谈测绘新技术运用

浅谈测绘新技术运用当今时代，我国的各项科学技术迅猛地发展，而测绘工程技术实现产业化的发展已逐步突破传统测绘技术的瓶颈，成为高新技术产业之重要的组成部分。测绘新技术的广泛应用较大地促进我国测绘事业的快速发展，特别很多新测绘技术的已取得重大突破，笔者结合自己的长期的实践，粗浅讨论我国测绘工程技术之发展前景。标签：测绘工程；新技术；运用一、测绘新技术概况。传统测绘工程主要依靠水准仪、经纬仪与平板仪等进行测试工作，随着现代科技不断发展，测绘技术的发展也有了巨大改变，我们告别传统测绘技术迎接新技术的时刻已然来临。卫星定位导航技术、遥感技术、地理信息技术是现代测绘技术的关键核心。现代测绘技术中，卫星导航定位的技术与遥感技术则是航天技术与卫星技术及传感技术、通信技术、计算机科技等综合集成的产物，“地理信息系统”是计算机与数据库技术及空间分析、模拟技术等综合集成的产物。所以，现代的测绘技术是空间与信息技术等高新技术的集大成者，是我国高新技术重要分支。二、现代测绘技术的新发展。 1.现代测绘仪器的新发展。现代的测量仪器发展特征主要是“数字化、自动化、网络化、智能化”，传统以“光学”为主的测量仪器正逐渐退出测量技术发展的历史舞台。“全站仪”已成为工程测量最有代表性的仪器，它由“电子经纬仪”与“测距仪”集合而成。“全站仪”具备“电子测角”与“电子测距”功能，能够实现自动记录与存储、自动计算能力，具有较高的工作效率。近期所出现的“自动目标识别全站仪”，能够自动地跟踪反射器数据实时获得三维坐标，通过软件支持与设计值进行对比，以实现良好地控制施工过程。高精度定向陀螺经纬仪也已转向激光陀螺定向的发展趋势。此外，组合“陀螺仪”与“全站仪”使之变成“陀螺全站仪”。GPS全球定位系统已经大面积应用于“首级控制测量”中。专门用于控制测量的“静态GPS接收机”实现了天线与接收机与电源的集成一体化，测量过程实现了高度的自动化。专用于图根的控制测量及数据采集的“实时动态RTK GPS接收机”，能够瞬时获取地面点的坐标值。另外，它还能够实现在30km到50km的范围内按坐标数据施工放样。全站仪与GPS的集成组合，出现了“超站仪”，超站仪改变了“工程测量外业”作业的模式，能实现控制测量与碎部测量及施工放样一体化无缝衔接作业。而“三维激光影像扫描仪”能快速且精确可靠地捕获被识别物体的三维空间数据，将其用在水坝监测及建模、桥梁变形、开挖容量测量、土石滑坡监控、城市数字化测量等方面被广泛使用。虽然高精度高程测量的方法目前仍然采用几何水准测量办法，但水准测量仪器也已经实现了数字化、自动化。“数字水准仪”不仅实现了“自动

三轴(XYZ)MEMS陀螺仪

三轴(X/Y/Z)MEMS陀螺仪概述 InvenSense的三轴陀螺仪为全球首例单芯片、以数字输出的三轴MEMS产品，专门为消费性应用产品设计。本公司三轴产品的特征包含，可将陀螺仪的输出数字化的三个16-bit模拟数字转换器(ADC)、高达±2000°/秒(dps)的全格感测范围(full-scale range)、可程序化的低通滤波器、I2C或SPI序列界面(serial interface)、低电压操作(2.1V到3.6V)，以及4x4x0.9mm的QFN包装。此系列产品包含ITG-3050与MPU-3050。本公司三轴产品会将过滤后的陀螺仪数据传达至序列通信总线(serial communications bus)。ITG-3050仅支援输出原始三轴陀螺仪数据。ITG-3050有第二个I2C主要感测总线(master sensor bus)，提供可直接升级至MPU系列产品的路径，使其能与InvenSense的软件解决方案结合。MPU产品特征有内建之数字运动感测处理(DMP:Digital Motion Processor)硬件加速引擎、最低512 byte的FIFO，以及含可连接至其他厂牌数字加速器的第二个I2C主要感测总线(sensor bus)，感测线性与旋转动作，提供完整的六轴融合演算数据。内建的FIFO与感测总线(sensor bus)，可缩短系统运算时间，降低系统耗电量。当FIFO使系统微处理器实时读取感测数据并进入休眠状态的同时，专用感测总线，让产品不须另外连接处理器，就可直接从外接的加速器取得数据，使MPU读取更多资料。因应现今多功能手机，三轴的MPU-3050可为如游戏与在地服务等常见的应用，提供精确的1:1真实动作追踪功能。另外，32-bit的DMP引擎，支持进阶人机界面(UI:User Interface)功能，启动如空中签字(AirSign)的签名验证、随意触控(TouchAnywhere)的应用与导航控制、动作指令(MotionCommand)的手势快捷方式等，利用手势或使用文字辨识等的应用。专门为网络电视游戏摇杆与遥控器等可携式消费性电子产品设计的MPU-3050，内建了DMP，大幅降低了系统成本。具运动感测功能之手持式产品的系统处理条件，可藉由整合之运动传感器及DMP，搭配其DMP及内建于系统RF芯片的处理器达成。此搭配不但能降低成本，也能应用于众多不同平台上。为了因应业界产品快速的发展与变动，本公司提供运动感测应用(MotionApp)平台于使用MPU 产品系列的厂商。运动感测应用平台含可进行运动处理解决方案的核心演算引擎，并含可简易连接到这些引擎的API层(layer)。另外，如手势辨识等的运动感测应用范例，可加快采用运动感测功能之消费性电子产品的上市时间。本公司备有所有三轴产品的评估板(evaluation board)与参考设计套件(reference design kit)。

陀螺仪工作原理与应用

陀螺仪工作原理与应用（陀螺经纬仪Jyro Station）来源：译自日本《测量》06年8月号作者：日本测量仪器工业会更新日期：2006-9-22 阅读次数：3235 为了求得测量的基准方位和日照时间的方位，必须使用磁针罗盘仪进行天体观测。然而，磁针罗盘仪的精度有限，在天体观测中还要受到确保通视、天气、场所和时间等观测条件的影响。为了解决这些问题，可采用利用了力学原理求得真北的陀螺经纬仪。陀螺经纬仪在隧道测量以及由于不能和已知点通视而无法确定方位、方向角的情况下都能发挥很大的作用。（图1：陀螺工作站） 1、陀螺工作站的原理高速旋转的物体的旋转轴，对于改变其方向的外力作用有趋向于铅直方向的倾向。而且，旋转物体在横向倾斜时，重力会向增加倾斜的方向作用，而轴则向垂直方向运动，就产生了摇头的

运动（岁差运动）。当陀螺经纬仪的陀螺旋转轴以水平轴旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方向旋转力，陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动。当轴平行于子午线而静止时可加以应用。 2、陀螺工作站的构造（图4：陀螺经纬仪的构造 0点调整螺丝，吊线，照明灯，陀螺转子、指针、供电用馈线、反射镜、陀螺马达、刻度线、目镜）。

陀螺经纬仪的陀螺装置由陀螺部分和电源部分组成。此陀螺装置与全站仪结合而成。陀螺本体在装置内用丝线吊起使旋转轴处于水平。当陀螺旋转时，由于地球的自转，旋转轴在水平面内以真北为中心产生缓慢的岁差运动。旋转轴的方向由装置外的目镜可以进行观测，陀螺指针的振动中心方向指向真北。利用陀螺经纬仪的真北测定方法有“追尾测定”和“时间测定”等。追尾测定[反转法] 利用全站仪的水平微动螺丝对陀螺经纬仪显示岁差运动的刻度盘进行追尾。在震动方向反转的点上（此时运动停止）读取水平角。如此继续测定之，求得其平均震动的中心角。用此方法进行20分钟的观测可以求得+/-0。5分的真北方向。时间测定[通过法] 用追尾测定观测真北方向后，陀螺经纬仪指向了真北方向，其指针由于岁差运动而左右摆动。用全站仪的水平微动螺丝对指针的摆动进行追尾，当指针通过0点时反复记录水平角，可以提高时间测定的精度，并以+/-20秒的精度求得真北方向。（图2：摇头运动）（图3：向子午线的岁差运动）

飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生

飞行安全的最后防线——浅谈弹射逃生战斗机性能日新月异，除战斗机日益提升外，也对飞行员弹射逃生的安全构成威胁，随着战斗机包线的扩展，弹射座椅的包线也应随之扩大以确保飞行员的安全，将火箭推进、推力矢量控制、陀螺仪与大气传感器等新技术纳入弹射座椅设计中，利用计算机控制包括座舱盖抛离、弹射火箭点火与开伞时机等相关弹射程序的进行，确保飞行员安全从失控战斗机中逃生。 2010年加拿大CF-18在航展表演中坠毁，飞行员在不利姿态下弹射，安全逃生前言弹射系统是飞行安全的最后一道防线，如何使飞行员从一架已陷入危险状态的飞机安全逃生是一种专门的艺术，现代战斗机的攻击性与破坏力都相当惊人，从军备角度分析战斗机性能一般着重于性能或动力参数。虽然随着科技的进步，特别是包线日益扩展，战斗机能够做出种种匪夷所思的机动，但进一步对弹射逃生造成挑战，这不仅牵涉到精密机械设计，还要考虑如何使飞行员安全脱离已失控飞机而不遭受伤害。

飞行员启动弹射系统时飞机姿态多已无法保持稳定，理想情况是在平稳姿态下以合适的速度和高度弹射，但在多数情况下飞机已经脱离控制，其姿态、速度与高度都不利于弹射跳伞程序的进行，甚至飞行员已经受伤。因此如何在飞行员下达弹射决心后简单、迅速、安全地逃生成为弹射系统设计的主要理念。弹射逃生的历史可以追溯到最初的跳伞表演，当时空中马戏团的演员从气球跃下，打开降落伞缓缓着地来取悦观众。但发展从战损或失控战斗机上逃生的技术却被认为是懦夫行径，甚至还有人认为逃生设计会使飞行员变得贪生怕死。然而随着一战飞机大量运用于战场上，空勤人员大量折损后，如何增加空勤人员的存活率开始被人所重视。早期的气球跳伞表演

陀螺仪传感器

陀螺仪传感器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。在假象的平面上挥动鼠标，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，现在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）。基本类型根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有：三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。在没有任何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度) 从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动。更确切地说，一个绕对称铀高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪，陀螺仪的基本部件有：（1）陀螺转子（常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值）；（2）内、外框架（或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构）；（3）附件（是指力矩马达、信号传感器等）。

原理陀螺仪的原理就是，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。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，它是现代航空，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是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。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，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前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。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光

三轴陀螺仪MPU3050

内建数字运动处理之三轴陀螺仪MPU-3000 MPU-3050 概述 MPU-3000?系列产品运动处理组件为业界第一个内建数字运动处理 ?(DMP?: Digital Motion Processor?)硬件加速引擎的三轴陀螺仪。现今多用途智能型手机要求小尺寸、低耗能的陀螺仪，必需能提供运动游戏要求之宽广的带宽，并提供导航辅助系统、录像与相机防手抖系统、精准动作人机接口控制系统所需之高敏感度及低噪声性能。MPU-3000是产业第一个针对智能型手机完整运动处理所设计的系列产品，特性为运动感测范围最广由250到2000°/sec、内建16-bit的模拟/数字转换器(ADCs)、可程控的数字滤波器、出厂前校准至1%的敏感度、内建六轴的多个感测组件融合算法技术(sensor fusion)，以及13mW的低耗电量。 4x4x0.9mm大小的尺寸，加上I2C或SPI的数字接口，MPU-3000系列是在类似产品中第一个能满足手机需求的产品。MPU-3000延用传统惯性传感器结构，加了业界第一个的内建数字运动处理器(DMP)。DMP连同内建之FIFO，不仅能减轻主机应用程序处理器之高频运动演算，也能减少中断(interrupt)次数与主机每秒运算指令数(MIPS)，进而改善整体系统效能。 MPU-3000的另一创举为它整合了第二个I2C接口来链接外接的加速器至DMP，此机制使DMP得以接收整合之陀螺仪与加速器的输出，执行六轴的多个感测组件融合算法技术(sensor fusion)，再以Quaternion输出到手机应用处理器，并减轻传感器时间同步化及融合演算带给主机的负荷。其他MPU-3000的特性包含内部频率产出、内建温度传感器、可程序化的中断(initerrupt)，以及能使影像、录像、GPS数据与传感器同步化的FSYNC机制。关于供电电源弹性，MPU-3000除了模拟供电接脚外，独立的VLOGIC参考接脚可用来设定I2C的逻辑准位。VLOGIC的电压范围最低可由1.71V到最高VDD。已经证实与量产之Nasiri-Fabrication制程平台，可将MEMS与CMOS整合于单一硅晶圆上，实现具规模之MEMS制程与晶圆层级包装。此晶圆层级的结合，实现了业界最低噪声规格0.03%/√Hz、最低耗电量、以及使用产业最低成本完成最小包装尺寸。应用

陀螺仪基本原理

陀螺仪介绍2013-1-28

?陀螺仪发展及应用情况 ?MEMS陀螺仪基本原理 ?陀螺仪与加速度传感器、电子罗盘的对比以及九轴概念 ?测试讨论 2013-1-28

2013-1-28 1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault ）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor ），由于惯性作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro （旋转）和skopein （看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。

?最初的陀螺仪主要用于航海，起稳定船体的作用，此时主要是二维陀螺仪； ?后在航空、航天领域开始广泛的应用。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。在这些应用中都是三维陀螺仪； ?另外，在军事领域，陀螺仪也发挥着重要作用，例如炮弹的旋转、导弹的惯性导航系统，以提高击中－杀伤比 ?最开始用于航海、航空、航天的陀螺仪都是机械式的，到了现代，主要可以分为压电陀螺仪、微机械陀螺仪、光纤陀螺仪、激光陀螺仪，现代陀螺仪在结构上已不具备“陀螺”，只是在功能上与传统的机械陀螺仪同样罢了 2013-1-28

2013-1-28 现在广泛使用的MEMS （微机械）陀螺可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。并且MEMS 陀螺相比传统的陀螺有明显的优势： 1、体积小、重量轻，适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等； 2、低成本； 3、更高可靠性，内部无转动部件，全固

浅谈全向轮机器人三位一体定位方法

浅谈全向轮机器人三位一体定位方法摘要：在亚太机器人国内选拔赛中，各大高校制作的机器人都是全向轮机器人，基于全向轮定位使用最多的是码盘定位。但码盘行走存在误差，适合于短距离的移动。对于长距离的行走，误差比较大。因此，文章提供一种新式的定位方法，即码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位方法。码盘计算机器人行走距离，陀螺仪给出机器人当前姿态角，激光雷达用于辅助定位。关键词：全向轮；码盘；陀螺仪；激光雷达中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）16-0078-02 在各大比赛中，轮式机器人车轮一般都选用全向轮。基于全向轮的底盘定位大多是码盘定位。机器人在行走的过程中有平动，也有转动，仅靠码盘来定位存在很大的误差，定位和姿态角计算也比较困难。因此，本文提供一种新式的定位方法。 1 码盘-编码器码盘其实是一种全向轮，可以实现任意方向上的行走。编码器主要用于测量机器人走过的路程和当前的速度。综合考虑，我们选增量式编码器。增量式编码器每转一圈会输出

固定的脉冲，脉冲数由光栅的分辨率和倍频决定，可以实现多圈无限累加计数。 2 陀螺仪用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置称为陀螺仪。主要用于检测角位移和角速度，具有很高的灵敏度。陀螺仪存在误差，所以使用前需要校正。陀螺仪的线性误差可以通过实验测量测出。即把陀螺仪放在旋转平台上一定角度，观测其返回的值，判断是否有误差。若有误差，则可以多次测量进行线性补偿。 3 激光雷达激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。工作原理：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，目标进行探测、识别。利用激光雷达的这个原理，可以用它发出激光束扫射场地上固定位置的物体，通过返回来的激光束来测量机器人到固定位置物体距离，从而得出机器人在场地上的坐标。 4 定位算法本定位方案采用双码盘-陀螺仪-激光雷达三位一体定位

陀螺仪的工作原理

陀螺仪的工作原理陀螺仪的原理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，制造出来的东西就叫陀螺仪。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。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。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。现代陀螺仪一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前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。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。陀螺仪工作原理与应用（陀螺经纬仪Jyro Station）来源：译自日本《测量》06年8月号作者：日本测量仪器工业会更新日期：2006-9-22 阅读次数：6183