陀螺仪与加速度传感器介绍
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理
举例说明mems的应用及例中mems器件的原理MEMS（微机电系统）是一种将微型机械结构与电子技术相结合的技术，它可以将传感器、执行器和其他微型器件集成在一起，以实现各种应用。
下面将以几个常见的MEMS应用为例，详细介绍其原理。
1.加速度计加速度计是一种测量物体加速度的传感器，广泛应用于智能手机、游戏手柄、汽车安全气囊等设备中。
MEMS加速度计通常由一个微型质量块和一对微型弹簧组成。
当被测试物体加速度改变时，质量块会移动，并产生微小的尺寸变化。
这种变化可以通过电容或压阻传感器来检测，从而得到加速度的值。
2.陀螺仪陀螺仪是用于测量物体角速度的传感器，常见于飞行器、导航设备等应用中。
MEMS陀螺仪通常由两个共面的振动器组成。
当物体发生旋转时，由于科里奥利力的作用，振动器之间会产生微小的力。
这种力会导致振动器的位移，通过检测振动器的位移变化，可以得到物体的角速度。
3.压力传感器压力传感器用于测量气体或液体的压力，广泛应用于医疗设备、工业自动化等领域。
MEMS压力传感器通常由一个微型薄膜和一个微型腔室组成。
当受到外部压力时，微型薄膜会发生微小的弯曲变形。
通过检测薄膜的变形，可以得到压力的值。
4.振动传感器振动传感器用于测量物体的振动或震动，常见于汽车、建筑结构监测等领域。
MEMS振动传感器通常由一个微型质量块和一个微型弹簧组成，类似于加速度计的结构。
当物体振动时，质量块会受到振动力的作用，从而产生微小的尺寸变化。
这种变化可以通过电容或压阻传感器来检测，从而得到振动的值。
总结起来，MEMS器件的原理都是基于微小的物理变化或力的作用。
通过将微型机械结构和电子技术相结合，可以实现对这种变化或力的检测和测量，从而得到各种物理量的值。
这种集成化的设计使得MEMS器件具有体积小、功耗低、响应速度快、成本低等优点，因此在越来越多的应用中得到了广泛的应用。
2024-微机械陀螺简述,微惯性技术
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1.2 微机械陀螺特点
MEMS陀螺仪是利用 coriolis 定理，将旋转物体的角速度转换成 和角速度成正比的直流电压信号，其核心部件通过掺杂技术、光刻技 术、腐蚀技术、LIGA技术、封装技术等批量生产的，它主要特点是
振动平板结构 振动梁结构 振动音叉结构 加速度计振动结构
振动平板结构 振动梁结构 振动音叉结构
按加工方式
体微机械加工 表征微机械加工 LIGA(光刻、电铸和注塑)
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1.3 微机械陀螺分类
按驱动方式
压电式 静电式 电磁式
微
机
按检测方式
压电检测 电容检测
械 陀
压阻式检测
螺
光学检测
分
隧道效应检测
类 闭环模式
4. 测量范围大，一些MEMS 陀螺仪测量范围可高达数千°/s
缺点： 目前，各种微机械陀螺的角速度测量精度相对较低，
漂移较大。
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1.3 微机械陀螺分类
按振动结构
微
机
械
陀
螺
分
按材料
类
旋转振动结构 线性振动结构
硅材料 非硅材料
振动盘结构陀螺 旋转盘结构陀螺
正交线振动结构 非正交线振动结构
单晶硅 多晶硅 石英 其它
速率陀螺
按工作模式
开环模式
速率积分陀螺
整角模式
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2、微机械陀螺根本原理
振动式微机械陀螺根本原理 柯氏加速度及柯氏力
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2.1 振动式微机械陀螺根本原理
手机能自动记录步数的原理
手机能自动记录步数的原理手机能自动记录步数的原理主要依赖于内置的传感器技术，其中最主要的是加速度传感器和陀螺仪。
这些传感器可以检测手机在空间中的运动状态，并进一步分析出步行的步数。
首先，手机通过加速度传感器可以测量手机在三个空间维度上的加速度变化，即X、Y和Z轴。
每当我们迈开一步时，脚部的摆动将引发手机在垂直轴上产生加速度变化。
当加速度超过预设阈值时，手机会判断这一动作为一步，并记录下来。
通过连续检测和分析加速度变化，手机可以准确计算出步行者的步数。
另外，手机还可以利用陀螺仪传感器进行步数计算。
陀螺仪传感器可以测量手机绕X、Y和Z轴的旋转速度。
当人们行走时，上半身会伴随着左右摆动，这种摆动会导致手机产生旋转速度变化。
通过分析陀螺仪的数据，手机可以检测到步行的摆动频率和幅度，从而精确计算出步数。
除了加速度传感器和陀螺仪传感器，手机还可能利用其他传感器进行步数计算，比如气压计或计步器传感器等。
这些传感器可以提供额外的数据支持，增强步数计算的准确性。
在实际使用中，手机会持续监测这些传感器的数据，并通过内置的算法对数据进行处理和分析。
这些算法会基于大量的实验数据和机器学习技术进行优化，以提高步数计算的准确性和鲁棒性。
当然，手机记录的步数也不是绝对准确的。
由于姿态、计步算法、设备性能等因素的不同，不同手机的步数计算可能存在一定程度的误差。
此外，某些特殊情况下，比如长时间地摇晃手机或使用其他装置模拟运动，也可能使步数计算产生误差。
总的来说，手机能自动记录步数的原理是利用内置的传感器技术，如加速度传感器和陀螺仪传感器，检测和分析手机的运动状态，通过算法计算出步行的步数。
这种技术为人们提供了方便快捷的运动记录工具，帮助他们更好地了解自身的运动情况和健康状况。
然而，为了获得更准确的步数统计，用户仍然需要结合实际情况进行综合判断。
加速度计、角度传感器知识整理与解析
加速度计、角度传感器知识整理与解析1、传感器基础知识 (2)2、比力 (2)3、加速度传感器测量倾角原理 (3)4、Question and answer (3)5、电子罗盘 (3)7、陀螺仪和加速度计的区别与联系 (4)8、常用芯片介绍 (4)交流QQ：10021007601、传感器基础知识陀螺和加速度计是惯性器件，是用来测量相对惯性空间的角速度（或对于积分类型的陀螺来说是角增量）和加速度。
在三维空间中，描述一个刚体运动要六轴，三轴加速度，三轴角速度。
加速度传感器：测量加速度的值，是指直线运动，一般以重力加速度g为单位。
角度传感器：测量角度的传感器，范围比较广泛各种角度与倾角传感器有些不一样。
角度传感器可以是垂直的，各种安装方式都行，是指相对角度。
多数的角度传感器是以加速计为基础，通过重力加速度分量估算角度，通常也会要求在静态下测量。
倾角传感器：倾角传感器其实是个绝对角度，原型是加速度传感器，是指被测物体与地球引力（垂直地球）的夹角。
所以它应该是个绝对值。
加速度是测量轴向的力，由F=ma，m已知，就可以知道力(加速度)的大小，所以惯导系统的里都是讲“比力”，因为力是比较出来的。
2、比力比力：单位质量上作用的非引力外力。
通常我们说“用加速度计测量载体的运动加速度”，实际上这个说法并不确切，因为加速度计测量的不是载体的运动加速度，而是载体相对惯性空间的绝对加速度和引力加速度之差，称作“比力”---艾弗里尔B，查特菲尔德著.高精度惯性导航基础.北京：国防工业出版社，2002.在一般线加速度计中测量的是比力(a+g)不能分辨出重力加速度g和运动加速度a。
一个加速度计只能测量一个方向的比力，测量矢量必须使用三个加速度计；测量值与安装方向、姿态有关，且受安装精度影响。
三个加速度计垂直安装可测量比力矢量，进而得到运动加速度。
3、加速度传感器测量倾角原理三轴加速度传感器以重力为输入矢量来决定物体在空间的姿态，把加速度传感器固定在物体的水平面上，当物体姿态改变时，通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。
MPU6050原始数据分析
MPU6050原始数据分析MPU6050是一款六轴陀螺仪和加速度计组合传感器，它可以提供三个轴向的陀螺仪数据和加速度计数据。
这些原始数据可以用于各种应用，如姿态控制、运动追踪、手势识别等。
在本文中，我们将对MPU6050的原始数据进行分析。
首先我们需要明确MPU6050的数据格式。
陀螺仪数据和加速度计数据分别以三个轴的形式提供，每个轴的数据以16位的补码形式表示。
陀螺仪数据的单位是°/s，加速度计数据的单位是g。
在进行实际数据分析之前，我们需要对MPU6050进行初始化。
初始化过程中我们需要设置陀螺仪和加速度计的量程范围（即测量范围）。
量程范围是指传感器可以测量的最大值和最小值，通常有多种可选范围。
选择适合实际应用需求的量程范围可以提高数据精度。
接下来，我们可以开始对MPU6050的原始数据进行分析了。
首先，我们可以通过读取MPU6050的寄存器来获取原始数据。
例如，通过读取寄存器0x3B和0x43，可以获取加速度计和陀螺仪的原始数据。
读取到的原始数据可以通过一些计算公式转换为实际的物理量。
例如，陀螺仪的原始数据可以通过下述公式转换为角速度（单位：°/s）：其中，raw_x 是陀螺仪对应轴的原始数据，sensitivity 是陀螺仪的灵敏度，取决于量程范围。
同样地，加速度计的原始数据可以通过下述公式转换为加速度（单位：g）：其中，raw_x 是加速度计对应轴的原始数据，sensitivity 是加速度计的灵敏度，取决于量程范围。
通过将原始数据转换为实际的物理量，我们可以更方便地进行后续的数据分析。
例如，我们可以计算加速度计的模长来判断物体的静止状态或运动状态。
加速度计的模长可以通过下述公式计算：accel_magnitude = sqrt(accel_x^2 + accel_y^2 + accel_z^2)其中，accel_x、accel_y 和 accel_z 分别是三个轴向的加速度计数据。
gyro acc计算欧拉角 单位
Gyro Acc计算欧拉角单位1. 概述在飞行器、无人机、航天器等领域，欧拉角是描述飞行器姿态的重要参数之一。
欧拉角包括俯仰角、横滚角和偏航角，用于描述飞行器在空间中的姿态变化。
而在实际应用中，常常需要利用陀螺仪和加速度计等传感器来计算欧拉角。
本文将重点介绍如何利用陀螺仪（Gyro）和加速度计（Acc）计算欧拉角，并探讨计算过程中的单位问题。
2. 陀螺仪和加速度计的原理陀螺仪是一种测量角速度的传感器，常用于确定飞行器的姿态变化。
加速度计则用于测量物体的加速度，可用于确定物体的姿态。
在飞行器中，通常会配备三轴陀螺仪和三轴加速度计，用于测量飞行器在空间中的姿态变化。
3. 欧拉角的计算在利用陀螺仪和加速度计计算欧拉角时，常使用“互补滤波”等算法，通过融合两种传感器的数据来获得更加稳定和准确的姿态角度。
具体的计算过程涉及到角速度的积分、加速度的测量等多个步骤，需要综合考虑各种误差对计算结果的影响。
4. 单位的转换在欧拉角的计算过程中，常涉及到不同传感器的输出单位。
陀螺仪通常输出的是角速度（rad/s），而加速度计输出的是加速度（m/s^2），在计算过程中需要将其转换为统一的单位，以确保计算的准确性。
4.1 角速度单位的转换陀螺仪通常输出的是角速度，常见的单位有弧度每秒（rad/s）和度每秒（°/s）。
在进行欧拉角计算时，需要将角速度统一转换为弧度每秒的单位，以便与加速度计的输出单位保持一致。
4.2 加速度单位的转换加速度计输出的是加速度，通常的单位是米每平方秒（m/s^2）。
在进行欧拉角计算时，需要确保加速度的单位与角速度统一，通常会直接使用加速度的单位进行计算。
5. 结论利用陀螺仪和加速度计计算欧拉角是飞行器姿态确定的重要方法之一。
在计算过程中，需要注意传感器输出的单位，并进行必要的转换，以确保计算结果的准确性。
在实际应用中，还需要考虑到传感器的误差、测量精度等因素，以获得更加稳定和可靠的姿态角度。
倾斜手机原理
倾斜手机原理手机已经成为现代人日常生活中不可或缺的一部分。
除了常见的功能如通话、短信、上网等，手机还有一项十分实用的功能，那就是倾斜感应。
倾斜感应是指通过手机内部的感应器，实时检测手机的倾斜角度，并将这个信息传递给手机系统，从而实现一系列与倾斜相关的功能。
本文将介绍倾斜手机的工作原理以及其在生活中的应用。
一、倾斜手机的工作原理倾斜手机的工作原理主要依赖于加速度计和陀螺仪两种感应器。
加速度计是一种可以测量物体在三个维度上加速度的传感器，而陀螺仪则可以测量手机在三个维度上的旋转速度。
通过这两种感应器的协同工作，手机可以准确地检测到手机的倾斜角度。
当手机发生倾斜时，加速度计会感知到手机在竖直方向上的加速度变化，并将这个信号转化为电信号传递给手机系统。
同时，陀螺仪也会检测到手机的旋转速度，并将这个信息传递给手机系统。
手机系统会通过对加速度计和陀螺仪的数据进行分析和计算，来确定手机的倾斜角度。
二、倾斜手机在生活中的应用1. 自动旋转屏幕倾斜手机的最为常见应用之一就是自动旋转屏幕。
当我们将手机横向或纵向倾斜时，手机可以通过感应器检测到倾斜角度，并自动将屏幕的显示方向进行旋转，以便我们更好地观看内容。
这在浏览图片、观看视频等场景中尤为实用。
2. 倾斜游戏操控倾斜手机还广泛应用于各类游戏中，如赛车游戏、飞行游戏等。
通过倾斜手机，玩家可以实现更加真实的操控体验。
当手机倾斜时，游戏系统会根据倾斜角度进行响应，从而控制游戏人物或游戏车辆的移动方向。
3. 倾斜拍摄照片相比传统方式的拍摄，倾斜手机在拍摄照片时可以带来更多创意。
例如，通过倾斜手机可以实现倾斜摄影，以得到独特的视觉效果。
同时，一些照相应用还可以根据手机的倾斜角度进行实时调整，以获得更佳的拍摄效果。
4. 倾斜导航倾斜手机还可以应用于导航功能中。
通过倾斜手机，导航系统可以根据手机的倾斜角度来确定手机的朝向，从而提供更精准的导航指示。
这对于行车导航或者步行导航都有着重要的意义，可以帮助我们更加准确地找到目的地。
姿态角解算(MPU6050 加速度计加陀螺仪)
姿态角解算（MPU6050 加速度计加陀螺仪）本文持续更新…I2C通信AHRS是自动航向基准系统(Automatic Heading Reference System)的简称。
目前，使用四元数来进行AHRS姿态解算的算法被广泛采用于四轴飞行器上。
IMU部分：IMU是惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)的简称，通常包含陀螺仪和加速度计。
1.陀螺仪：测量的是角速度，即物体转动的速度，把速度和时间相乘，即可以得到某一时间段内物体转过的角度。
（但是积分运算得来的角度本身就存在误差，随着时间的累加，误差会加剧，此时就需要加速度计辅助计算出姿态角度）2.加速度计：测量的是物体的加速度，我们知道，重力加速度是一个物体受重力作用的情况下所具有的加速度。
当物体处于静止状态时，加速度计测量出来的值就等于重力加速度1g, 约等于9.8米每平方秒。
重力加速度g的方向总是竖直向下的，通过获得重力加速度在其X轴，Y轴上的分量，我们可以计算出物体相对于水平面的倾斜角度。
典型的IMU惯性测量芯片为MPU6050，它被广泛采用在四轴飞行器上。
mpu6050便是这两种传感器结合测出姿态角，通常运用卡尔曼滤波得出最终角度根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角陀螺仪的角速度测量:如果他的速度是1度不加秒，我们用速度乘以时间就可以知道他从起点走了多少度。
加速度计来测量倾角：一个简单的例子如下: 一个单轴的加速计位于重力水平面上的时候，它在垂直方向上受到的加速度为1g，在水平方向上受到的加速度为0。
当我们把它旋转一个角度的时候，就会在水平轴上产生一个加速度分量。
通过它们的关系，就可以计算出该单轴加速计的倾角。
1.通过陀螺仪的积分来获得四轴的旋转角度2.然后通过加速度计的比例和积分运算来修正陀螺仪的积分结果。
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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。