陀螺儀、加速計和磁力計

 

 

 

現代移動及車載終端包含愈來愈多的傳感器，陀螺儀、加速計、磁力計、感光器等等，從原理上講，這些傳感器的本質都是相同的，都是把外部環境變化轉化爲通訊系統可理解的電信號的過程。像溫度計、光感器等傳感器，由於功能單一很是容易理解，而陀螺儀、加速計和磁力計則由於原理及結構複雜，致使實際功能出現重疊，但又各有特色和侷限性，在實際應用中很容易對其應用邊界產生混淆，本文總結它們三者概念要點，若有理解錯誤，敬請指出。 1、陀螺儀 陀螺儀（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，傳統結構是內部有個陀螺，以下圖所示（三軸陀螺），三軸陀螺儀的工做原理是經過測量三維座標系內陀螺轉子的垂直軸與設備之間的夾角，並計算角速度，經過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態。三軸陀螺儀能夠同時測定上、下、左、右、前、後等6個方向（合成方向一樣可分解爲三軸座標），最終可判斷出設備的移動軌跡和加速度。 也就是說陀螺儀經過測量自身的旋轉狀態，判斷出設備當前運動狀態，是向前、向後、向上、向下、向左仍是向右呢，是加速（角速度）仍是減速（角速度）呢，均可以實現，可是要判斷出設備的方位（東西南北），陀螺儀就沒有辦法。 傳統的陀螺儀屬於機械式的，隨技術發展，還有出現了振動式陀螺儀、激光陀螺儀、微機電機械陀螺儀等，不管是在體積微型化、測量精度和易用性上都有大大提升。 2、加速計 加速計（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感應器，其實是能夠感知任意方向上的加速度（重力加速度則只是地表垂直方向加速度），加速計經過測量組件在某個軸向的受力狀況來獲得結果，表現形式爲軸向的加速度大小和方向（XYZ），這一點又有點相似於陀螺儀，但陀螺儀的更多關注自身旋轉狀況（原位運動），加速計則主要是測量設備的受力狀況，也就是三軸運動狀況，儘管加速計也可能在某個小範圍換算出角速度的可能，但設計原理決定彷佛更適合於空間運動判斷。 3、磁力計 磁力計（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用於測試磁場強度和方向，定位設備的方位，磁力計的原理跟指南針原理相似，能夠測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。因此，陀螺儀知道「咱們轉了個身」，加速計知道「咱們又向前走了幾米」，而磁力計則知道「咱們是向西方向」的。 因此在實際應用中，因爲應用、偏差修正、偏差補償須要，每每會結合使用上述傳感器，充分利用每種傳感器的特長，讓最終的運算結果更準確，好比在Android中，會同時使用磁力計和加速計來運算出Orientation（方位計），運算出的方位信息須要同時結合磁場方向和方向運動狀況才能獲得。 注意： 上述三種實際使用中，還會延伸出重力感應器（重力傳感器，Gravity Sensor，GV-Sensor）、線性加速度傳感器（LA-Sensor）、旋轉矢量傳感器（RV-Sensor）等綜合類型傳感器（虛擬）。實際上，方向傳感器（O-Sensor）也屬於綜合類型傳感器，這類綜合類型傳感器，就是下面參考資料中提到的"傳感器融合"概念。