三轴(XYZ)MEMS陀螺仪
三轴陀螺仪是如何工作的
三轴陀螺仪是如何工作的Iphone 4手机采用了意法半导体的MEMS（微电机系统）陀螺仪芯片，芯片内部包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将有关的传感一、三轴陀螺仪工作原理三轴陀螺仪：同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。
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3轴的一个就能替代三个单轴的。
3轴的体积小、重量轻、结构简单、可靠性好，是激光陀螺的发展趋势。
图1 三轴陀螺仪原理在最新款的iPhone 4手机中内置三轴陀螺仪，它可以与加速器和指南针一起工作，可以实现6轴方向感应，三轴陀螺仪更多的用途会体现在GPS和游戏效果上。
一般来说，使用三轴陀螺仪后，导航软件就可以加入精准的速度显示，对于现有的GPS导航来说是个强大的冲击，同时游戏方面的重力感应特性更加强悍和直观，游戏效果将大大提升。
这个功能可以让手机在进入隧道丢失GPS信号的时候，凭借陀螺仪感知的加速度方向和大小继续为用户导航。
而三轴陀螺仪将会与iPhone原有的距离感应器、光线感应器、方向感应器结合起来让iPhone 4的人机交互功能达到了一个新的高度。
二、三轴陀螺仪的应用在工程上，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年美国Utah大学的Vali和Shorthill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。
InvenSense-应美盛
InvenSense Inc.（应美盛）I.公司介绍InvenSense为智能型运动处理方案的先驱、全球业界的领导厂商，驱动了运动感测人机接口在消费性电子产品上的应用。
本公司提供的集成电路(IC)整合了运动传感器-陀螺仪以及相对应的软件，有别于其他厂商，有着小尺寸、高整合、高性能、高可靠度与低价格的优势。
本公司产品可应用于众多市场上，目前我们所设定的目标市场为消费性电子产品市场，如视讯游戏游戏杆与可携式游戏机、手机、平板计算机、数字相机与摄影机、数字电视和机顶盒的摇控器、3D鼠标，以及行人导航器。
本公司拥有四种专有技术优势：专利的Nasiri-Fabrication制程，先进的MEMS陀螺仪设计，可提供传感器讯号处理方案(signal processing)及运作本司运动处理平台(Motion Processing)关键之融合算法技术(Sensor Fusion)的混合讯号电路系统(mixed-signal circuitry)，以及本公司的运动处理数据库与运动感测应用(Motion Application)软件方案。
因本公司可组装、可扩展的平台架构，从一轴的模拟陀螺仪，到完整整合之三轴与六轴的数字运动处理方案为止，本公司能提供市场多种整合性运动感测产品。
InvenSense于2003年成立，总公司在Sunnyvale, California，测试厂位于台湾，并在台湾、韩国、日本、迪拜设有业务处及应用支持服务处。
The Leader in Consumer Motion Processing SolutionsII. MEMS 陀螺仪技术InvenSense为开创下世代消费性电子产品(CE)市场之MEMS运动处理技术的领导商。
如今，许多CE产品已开始采用以三轴加速器(3-axis MEMS accelerometers)为主之运动感测产品。
这些运动传感器的功能有限，仅能用来感测最基本的动作，如在Apple iPhone用来侦测手机拿法以决定图片的直立或横式，或在Nintendo Wii移动遥控器来控制游戏功能。
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。
mems陀螺仪指标
mems陀螺仪指标陀螺仪是一种用于测量和报告物体的角速度的仪器，它在现代科技中扮演着重要的角色。
在大多数情况下，它被用于航空航天、导航和航海领域，但近年来也在智能手机、游戏控制器和运动跟踪设备等消费级产品中得到了广泛的应用。
本文将介绍陀螺仪的基本原理、其在不同领域中的应用以及与之相关的一些重要指标。
陀螺仪的基本原理是基于角动量守恒定律。
当物体绕着一个轴旋转时，它的角动量保持不变。
陀螺仪利用这个原理来测量旋转的角速度。
一般来说，陀螺仪有三个轴（x、y、z轴），分别对应着物体绕着这些轴旋转的角速度。
陀螺仪的工作原理可以通过陀螺效应来解释。
陀螺效应是指当旋转体的自转速度发生变化时，它会产生一个与转轴垂直的力矩。
这种力矩会使旋转体发生偏转，从而产生一个与原始转轴垂直的新转轴。
利用这个原理，陀螺仪可以测量物体的角速度。
陀螺仪的应用领域非常广泛。
在航空航天领域，陀螺仪被用于飞行器的导航和姿态控制。
它可以测量飞行器的角速度，从而帮助飞行员或自动驾驶系统控制飞行器的姿态。
在导航领域，陀螺仪也被用于惯性导航系统，可以测量车辆或船只的角速度，从而帮助确定它们的位置和方向。
此外，在消费级产品中，陀螺仪也发挥着重要的作用。
例如，在智能手机中，陀螺仪可以用于屏幕自动旋转和游戏控制。
它可以检测手机的旋转角度和速度，从而根据用户的操作来调整屏幕的方向或实现游戏的交互效果。
在运动跟踪设备中，陀螺仪可以用于测量人体的运动姿态，从而帮助健身爱好者或专业运动员进行训练和分析。
与陀螺仪相关的一些重要指标包括精度、灵敏度和响应时间。
精度是指陀螺仪测量结果与实际角速度之间的偏差，通常用度/秒表示。
较高的精度意味着陀螺仪测量结果更准确。
灵敏度则是指陀螺仪对角速度变化的敏感程度，通常以度/秒为单位。
较高的灵敏度意味着陀螺仪可以更好地检测细微的角速度变化。
响应时间是指陀螺仪从检测到角速度变化到输出结果的时间延迟。
较低的响应时间意味着陀螺仪可以更快地响应并输出测量结果。
MEMS陀螺仪的简要介绍
MEMS陀螺仪的简要介绍MEMS陀螺仪（Micro-Electro-Mechanical System gyroscope）是一种基于微机电系统技术的陀螺仪，具有小尺寸、低功耗、高灵敏度等特点。
它广泛应用于无人机、手机、平衡车等设备中，用于测量角速度和方向。
首先，我们来看一下MEMS陀螺仪的性能参数。
主要包括灵敏度、测量范围、精确度和稳定性。
1.灵敏度：指陀螺仪对角速度变化的感知程度，通常以每秒多少度/秒来表示。
灵敏度越高，陀螺仪对角速度变化的检测越精准。
2.测量范围：指陀螺仪能够测量的角速度的最大值和最小值。
通常以度/秒为单位，在不同应用场景下需根据需求选择合适的测量范围。
3.精确度：指陀螺仪测量结果与真实值之间的偏差。
精确度越高，陀螺仪的测量结果越接近真实值。
4.稳定性：指陀螺仪在长时间使用过程中保持测量精度的能力。
稳定性包括零漂、温漂等参数，可通过校准等方法来提高。
1.姿态控制：MEMS陀螺仪被广泛应用于飞行器、导航设备等需要进行姿态控制的设备中。
通过测量角速度变化，可以帮助设备实时检测自身的姿态，从而进行调整和控制。
2.稳定平台：MEMS陀螺仪可以用于制作稳定平台，如相机防抖系统。
通过补偿相机的晃动，可以提高拍摄的稳定性和图像质量。
3.导航定位：MEMS陀螺仪可以与其他传感器（如加速度计、磁力计）结合使用，用于导航和定位应用。
通过测量角速度和加速度，可以估计设备的位置和方向。
4.虚拟现实和增强现实：MEMS陀螺仪可以用于虚拟现实和增强现实设备中，如头戴式显示器和手持设备。
通过检测用户头部的旋转动作，可以实现对虚拟场景的观察和交互。
5.运动追踪：MEMS陀螺仪可以用于运动追踪设备中，如运动手柄和运动传感器。
通过测量角速度和加速度，可以捕捉用户的运动，实现与设备的交互。
综上所述，MEMS陀螺仪是一种小尺寸、低功耗、高灵敏度的陀螺仪，广泛应用于姿态控制、稳定平台、导航定位、虚拟现实和运动追踪等领域。
mems三轴加速度计注意事项
mems三轴加速度计注意事项使用MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）三轴加速度计时，有一些注意事项需要考虑。
以下是一些重要的方面：1. 安装方向，MEMS三轴加速度计具有三个轴，通常标记为X、Y和Z。
在安装时，确保正确地确定每个轴的方向，并将其与所测量的物理量相对应。
这样可以确保获得准确的测量结果。
2. 校准，在使用之前，对MEMS三轴加速度计进行校准是非常重要的。
校准可以消除传感器本身的误差，并提高测量的准确性。
校准过程通常包括检查和调整零偏、灵敏度和非线性等参数。
3. 防震措施，MEMS三轴加速度计对振动和冲击非常敏感。
在安装时，应尽量避免将其暴露在高频或大幅度的振动环境中。
可以采取一些防护措施，如使用减震材料或安装在稳定的结构上，以减少外界干扰。
4. 温度影响，温度变化可能会影响MEMS三轴加速度计的性能。
在实际应用中，尽量控制环境温度的稳定性，或者在测量结果中进行温度补偿，以消除温度对测量的影响。
5. 电源和信号干扰，电源噪声和信号干扰可能会影响MEMS三轴加速度计的测量结果。
为了减少这些干扰，可以使用滤波器、屏蔽和隔离等技术来提高系统的抗干扰能力。
6. 采样率和带宽，选择适当的采样率和带宽是确保测量准确性的关键。
采样率应足够高，以捕捉到所需的动态范围和频率内容。
带宽应根据应用需求进行选择，以避免不必要的噪声和干扰。
7. 数据处理和解析，MEMS三轴加速度计的输出通常是原始加速度信号。
为了得到有用的信息，需要对原始数据进行处理和解析。
这可能涉及到滤波、积分、坐标转换等算法和技术。
总之，使用MEMS三轴加速度计时，需要注意安装方向、进行校准、防震措施、温度影响、电源和信号干扰、采样率和带宽的选择，以及数据处理和解析等方面。
这些注意事项将有助于确保获得准确可靠的加速度测量结果。
MEMS陀螺仪姿态算法入门
MEMS陀螺仪姿态算法⼊门测试传感器：MPU9250，九轴传感器，其中有三个轴就是陀螺仪的三个⽅向⾓速度。
陀螺仪在每个采样点获得：采样时刻（单位微妙），XYZ三个⽅向的⾓速度（单位弧度/秒），记为：wx, wy, wz。
陀螺仪静⽌时，wx, wy, wz也是有读数的，这就是陀螺仪的零漂。
实验⼀：将陀螺仪绕X轴旋转时，只有wx有读数；将陀螺仪绕Y轴旋转时，只有wy有读数；将陀螺仪绕Z轴旋转时，只有wz有读数；实验⼆：将陀螺仪绕XY⾯上的轴旋转，wz读数为零，即与旋转轴垂直的轴上的⾓速度为零。
因为陀螺仪采样率很⾼（1000Hz），通过瞬时读数计算姿态，可以看做：先绕X轴旋转，再绕Y轴旋转，再绕Z轴旋转。
下⾯这段代码实现了⼀个简单的陀螺仪姿态算法，开机并静置⼏⼗秒后，拿着陀螺仪旋转，⼗⼏分钟内姿态是正确的，之后由于积分累积，误差就越来越⼤了。
// 参数说明：// sampleTS : 采样时刻，单位：微秒// wx, wy, wz ：陀螺仪采样，单位：弧度/秒void GyroExperiment(uint64_t sampleTS, float wx, float wy, float wz){// 传感器启动时刻static uint64_t s_lasttime = 0;static uint64_t s_lastlog = 0;if(s_lasttime == 0){s_lasttime = sampleTS;s_lastlog = sampleTS;return;}// 采⽤启动后5秒-35秒的采⽤平均值作为陀螺仪零漂// 在此期间，应保持陀螺仪静⽌static float s_wx = 0, s_wy = 0, s_wz = 0; // 陀螺仪零漂static uint64_t s_elapsed = 0;if(s_elapsed < 35000000){static int s_SampleCnt = 0;if(s_elapsed > 5000000){s_wx += (wx - s_wx) / (s_SampleCnt + 1);s_wy += (wy - s_wy) / (s_SampleCnt + 1);s_wz += (wz - s_wz) / (s_SampleCnt + 1);s_SampleCnt++;}s_elapsed += (sampleTS - s_lasttime);s_lasttime = sampleTS;}// 初始姿态，采⽤三个轴向量表⽰static float Xx=1,Xy=0,Xz=0; // X轴static float Yx=0,Yy=1,Yz=0; // Y轴static float Zx=0,Zy=0,Zz=1; // Z轴// 根据陀螺仪读数计算三个轴的旋转量float interval = (sampleTS - s_lasttime) / 1e6;float rx = (wx - s_wx) * interval;float ry = (wy - s_wy) * interval;float rz = (wz - s_wz) * interval;// 分别构造绕三个轴旋转的四元数float cos,sin;cos = cosf(rx/2); sin = sinf(rx/2); Quaternion qx(cos, Xx * sin, Xy * sin, Xz * sin);cos = cosf(ry/2); sin = sinf(ry/2); Quaternion qy(cos, Yx * sin, Yy * sin, Yz * sin);cos = cosf(rz/2); sin = sinf(rz/2); Quaternion qz(cos, Zx * sin, Zy * sin, Zz * sin);// 依次旋转三个轴向量Quaternion q = qx*qz*qy; q.normalize(); Quaternion qi = q.inverse();Quaternion QX(0, Xx, Xy, Xz); QX = q*QX*qi; QX.normalize(); Xx = QX.q2; Xy = QX.q3; Xz = QX.q4; // 旋转X轴;Quaternion QY(0, Yx, Yy, Yz); QY = q*QY*qi; QY.normalize(); Yx = QY.q2; Yy = QY.q3; Yz = QY.q4; // 旋转Y轴;Quaternion QZ(0, Zx, Zy, Zz); QZ = q*QZ*qi; QZ.normalize(); Zx = QZ.q2; Zy = QZ.q3; Zz = QZ.q4; // 旋转Z轴;// 每1秒输出⼀次姿态数据s_lasttime = sampleTS;if(sampleTS - s_lastlog > 1000000){console->printf("attitude: [%f, %f, %f]; [%f, %f, %f]; [%f, %f, %f]\n", Xx, Xy, Xz, Yx, Yy, Yz, Zx, Zy, Zz);s_lastlog = sampleTS;}}。
三轴陀螺仪 工作原理
三轴陀螺仪工作原理
三轴陀螺仪是一种用于测量物体在空间中角速度的传感器。
它由三个互相垂直的陀螺仪组成，分别测量绕x轴、y轴和z轴
旋转的角速度。
三轴陀螺仪的工作原理使用了角动量守恒定律和陀螺效应。
在理解三轴陀螺仪的工作原理之前，首先要了解角动量守恒定律。
根据物理学基本原理，当一个物体受到外力或力矩作用时，它的角动量将发生变化。
而当物体不受外力或力矩作用时，它的角动量将保持不变。
在三轴陀螺仪中，每一个陀螺仪都含有一个陀螺转子，转子将保持在旋转状态。
当陀螺仪受到外力或力矩作用时，转子的旋转轴会发生变化。
这就引入了陀螺效应的作用。
陀螺效应是指当一个旋转体受到外力或力矩作用时，它会表现出与作用力垂直的转动。
具体到三轴陀螺仪，当外力或力矩作用于陀螺仪时，它会使陀螺仪整体绕着旋转轴旋转，或者称之为陀螺仪进入自由进动状态。
利用陀螺效应和角动量守恒定律，三轴陀螺仪可以测量物体的角速度。
当物体发生旋转时，陀螺仪会感知到旋转轴发生的变化，并产生相应的信号输出。
通过检测和分析这些信号，我们可以确定物体的角速度和旋转方向。
具体来说，三轴陀螺仪中的三个陀螺仪分别测量绕x轴、y轴
和z轴的角速度。
当物体绕任意轴旋转时，陀螺仪会感知到旋
转轴的变化，并将这一变化转化为电信号输出。
这些电信号被传递到计算设备，经过处理和分析后，我们可以得到物体的角速度信息。
总结起来，三轴陀螺仪利用角动量守恒定律和陀螺效应来测量物体在空间中的角速度。
通过感知旋转轴的变化并将其转化为电信号输出，我们可以确定物体的角速度和旋转方向。
- 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)。
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)。