加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用
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）。
《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
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3、陀螺仪的特性
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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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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。
a+gsensorg工作原理
a+gsensorg工作原理
A+Gsensor是一种加速度计和陀螺仪的组合传感器，它可以测量物体的加速度和角速度。
它的工作原理涉及到两种主要的传感器技术，加速度计和陀螺仪。
首先，让我们来看加速度计的工作原理。
加速度计是一种能够测量物体加速度的传感器。
它通常基于微机电系统（MEMS）技术，内部包含微小的质量块和传感器元件。
当物体加速或减速时，质量块会受到力的作用而产生位移，传感器会测量这种位移并将其转换为数字信号。
通过分析这些数字信号，我们可以得知物体的加速度大小和方向。
其次，陀螺仪是另一种关键的传感器技术。
陀螺仪可以测量物体的角速度，即物体围绕自身旋转的速度。
它的工作原理基于角动量守恒定律，通过测量旋转质量块的角位移来检测物体的旋转。
陀螺仪也使用MEMS技术，将角速度转换为数字信号，从而实现对物体旋转状态的监测。
A+Gsensor将这两种传感器技术结合在一起，可以同时测量物体的加速度和角速度。
通过对这些数据进行分析，我们可以获得关
于物体运动状态的详细信息，例如加速度的变化、旋转的角速度等。
这种组合传感器在许多领域都有广泛的应用，包括智能手机、平衡车、无人机等。
它的工作原理使得我们能够更全面地了解物体的运
动特性，为各种应用提供了重要的数据支持。
imu测量原理
imu测量原理IMU（Inertial Measurement Unit）测量原理是指利用惯性测量的技术来实现多参数测量、定位和姿态估计的一种方法。
该技术广泛应用于自动导航、无人机、军事装备等领域。
下面我们将分步骤阐述IMU测量原理。
第一步：定义IMU是一个复合的传感器系统，通常包括三个加速度计和三个陀螺仪。
加速度计被用来测量物体在三个轴上的加速度，而陀螺仪被用来测量物体绕三个轴的旋转速率。
此外，IMU还可以包括一些其他的传感器，比如磁力计和气压计，以增加测量数据的准确性。
第二步：加速度计加速度计是IMU中最简单的传感器。
它由一个质量和一个弹簧组成。
当物体受到加速度时，质量就会与弹簧发生相对移动，其位移量与加速度成正比。
加速度计可以测量物体沿着三个轴的加速度，如下图所示。
图1 IMU加速度计示意图第三步：陀螺仪陀螺仪可以测量物体沿着三个轴的旋转速率。
其工作原理基于陀螺器保持其原有方向的特性。
陀螺仪通常由一个刚体和一个测量装置组成。
当物体绕轴旋转时，刚体会发生转动，此时测量装置会感应到变化，并输出一定的电信号。
如下图所示。
图2 IMU陀螺仪示意图第四步：测量参数IMU可以利用加速度计和陀螺仪测量物体在空间中的位置、速度和姿态。
加速度计可用于测量位移、速度和重力加速度，而陀螺仪可测量物体的角速度。
通过对这些参数的测量，我们可以精确地确定物体在空间中的位置、速度和姿态，从而实现导航、定位和姿态估计等应用。
第五步：误差校正IMU在实际使用中可能会受到一些误差的影响，比如噪声、漂移等。
因此，在使用IMU进行测量之前，需要进行误差校正。
误差校正主要包括以下几个方面：加速度计零漂校正、陀螺仪漂移校正、温度补偿等。
总结：IMU测量原理是一种基于惯性测量的技术，可以用于实现多参数测量、定位和姿态估计。
IMU由加速度计和陀螺仪等传感器组成，可以测量物体的加速度、角速度等参数。
通过对这些参数的测量，可以实现精确的导航、定位和姿态估计等应用。
imu测量原理
imu测量原理IMU测量原理是指惯性测量单元（IMU）的工作原理。
IMU是一种用于测量物体运动状态的设备，它可以测量物体的加速度、角速度和方向。
IMU通常由加速度计、陀螺仪和磁力计组成，这些传感器可以测量物体的加速度、角速度和磁场强度，从而确定物体的运动状态。
加速度计是IMU中最基本的传感器之一，它可以测量物体的加速度。
加速度计的工作原理是利用质量的惯性来测量加速度。
加速度计通常由一个质量块和一个弹簧组成，当物体加速时，质量块会受到弹簧的拉力，从而产生位移。
通过测量位移，可以确定物体的加速度。
陀螺仪是IMU中另一个重要的传感器，它可以测量物体的角速度。
陀螺仪的工作原理是利用旋转的惯性来测量角速度。
陀螺仪通常由一个旋转的轴和一个感应器组成，当物体旋转时，旋转的轴会受到惯性力的作用，从而产生位移。
通过测量位移，可以确定物体的角速度。
磁力计是IMU中最后一个传感器，它可以测量物体的方向。
磁力计的工作原理是利用磁场的变化来测量方向。
磁力计通常由一个磁场感应器和一个磁场源组成，当物体转动时，磁场感应器会受到磁场的变化，从而产生电信号。
通过测量电信号，可以确定物体的方向。
IMU测量原理的应用非常广泛，例如在飞行器、汽车、机器人等领域中都有广泛的应用。
IMU可以帮助这些设备确定自身的运动状态，从而实现自主导航和控制。
IMU还可以用于运动捕捉、姿态估计、虚拟现实等领域，为人们提供更加真实的体验。
IMU测量原理是一种基于惯性测量的技术，它可以测量物体的加速度、角速度和方向。
IMU的应用非常广泛，可以帮助设备实现自主导航和控制，也可以用于运动捕捉、姿态估计、虚拟现实等领域。
IMU的发展将为人们带来更加便捷、高效、真实的体验。
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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。
将ADC输出的数字比特流送至FIFO缓存器，后者将串行信号转换为并行数据流。
随后，可通过诸如I2C或SPI等串行协议读取数据流，再将其送至主机做进一步处理（图5）。
Σ-ΔADC具有信号带宽较窄，分辨率非常高，适合加速度计应用。
Σ-ΔADC输出由其位数决定，很容易转换成“g”（单位），用于加速度计算。
“g”为重力加速度。
例如，10位ADC的满幅读数为（210 - 1=1023，以3.3V 为基准，如果X轴读数为600，那么我们即可利用下式得出X轴的电压：
X电压= （600 ×3.3）/1023 = 1.94V （3）
每个加速度都具有零点加速度对应的电压，该电压对应于0g。
我们首先计算相对于零加速度0g电压的偏移（在数据资料中给出，假设为1.65V）：1.94V - 1.65V = 0.29V （4）现在，为进行最终转换，我们将0.29V除以加速度计的灵敏度（在数据资料中给出，假设为0.475 V/g）：
0.29V/0.475V/g = 0.6g （5）
4 多轴加速度计
下面，我们结合图3并以一个实际的加速度计为例进行讨论（图6）。
我们可清晰地将加速度计的每个元件与其力学模型关
联起来。
将加速度计进行简单组装（90度，如图7所示），即可得到较精密应用所需的2轴加速度计。
有两种方法可构建两轴加速度计：将两个不同的单轴加速度计传感器互相垂直安装；使用单个质量块，利用电容传感器测量沿两个轴向的运动。
5 选择加速度计
为指定应用选择加速度计时，考虑以下关键特性非常重
要：
1. 带宽（Hz）：传感器的带宽表示加速度计能够响应的振动频率范围，或者能够获取可靠读数的频率。
人类不可能产生超出10Hz-12Hz范围的运动。
所以，对于检测倾斜或人体运动来说，40Hz至60Hz采样带宽足以满足要求。
2. 灵敏度（mV/g或LSB/g）：灵敏度衡量最小可检测信号，或输入级每次变化时输出电信号的变化。
与检测频率点相关。
3. 电压噪声密度（μg/SQRT Hz）：电压噪声随带宽的平方根倒数变化。
我们读取加速度计的速度变化越快，得到的精度越差。
工作在输出信号较小的较低g条件时，噪声对加速度计性能的影响较大。
4. 0g电压：该指标表示加速度为0g时预计输出电压的范围。
5. 频率响应（Hz）：以容限范围（±5%等）给出频率范围，在该频率范围内，传感器将检测运动并提供有效输出。
规定的容限范围使用户能够计算器件在规定频率范围内的任何频率下相对于参考灵敏度的偏差。
6. 动态范围（g）：加速度计可测量的最小检测幅值与输出信号失真或削波之前最大幅值之间的范围。
6 加速度计与陀螺仪的比较
介绍MEMS应用之前，我们必须理解加速度计与陀螺仪
之间的不同。
加速度计测量沿一个或多个轴的线性加速度（单位为mV/g）；陀螺仪测量角速度（单位为mV/deg/s）。
如果我们使加速度计进行旋转（例如俯仰）（图8），d1和d2的距离不发生变化。
所以加速度计的输出不响应角速度变化。
我们可构建不同的传感器，包含谐振传感器的内部框架通过弹簧连接至基片，与谐振运动成90度角（图9）。
那么我们就可以通过检测内部框架和基片之间安装的电极电容，测量科里奥利加速度。
6 加速度计和陀螺仪应用
加速度计很久以来被广泛用于汽车领域，用于检测汽车碰撞，或在正确的时间开启气囊。
其在移动领域的应用也很普遍，例如肖像和风景模式之间切换、轻触切换至下首歌曲、设备放在口袋时通过衣服轻拍，或者防抖动拍摄及光学稳像。
8 光学稳像
人类手臂晃动的频率极低（10Hz至20Hz）。
用最小、最轻的智能手机及照相机拍摄图片时，手会发生抖动，造成图像模糊。
诸如光学缩放等特性加剧了这一问题，使图像更加模糊。
假设一部SVGA照相机的分辨率为800x600像素，视角为45度，传感器水平漂移为0.08度。
45/800 = 0.056度，对
应于1.42像素的模糊。
随着照相机分辨率的提高，模糊覆盖更多像素，造成图像失真更严重。
基于陀螺仪的光学稳像（图11）及修正软件通过将机械陀螺仪的测量数据发送至微控制器及直线电机，以移动图像传感器，从而补偿图像模糊。
9 手势控制
我们可将MEMS加速度计传感器用于无线鼠标的手势控制、轮椅方向控制或Wii？控制台中的陀螺仪。
其它例子还包括利用手势控制电视上光标的智能设备、“虚拟”旋钮，甚至利用手持式无线传感器单元控制外部设备的手势命令。
10 结论
MEMS加速度计传感器和陀螺仪长久以来已经广泛用
于运输、太空、工业机器人及汽车领域。
但其应用的多样性现在已经扩展至智能手机，为我们提供了与智能设备进行运动和手势交互的全新方式。
理解MEMS行为以及加速度计或陀螺仪的特性，使设计者能够为大批量应用设计更高效和低成本产品。
这些MEMS器件也允许我们创建新的应用，颠覆运动、身体活动及手势对我们日常生活的影响。