陀螺仪检测角速度传感器
发表时间：2024-02-17来源：欣仰邦
陀螺仪传感器是检测角速度的传感器。也称为陀螺仪。角速度是指物体单位时间内旋转的物理量，是需要复杂、精确控制的现代工业机械产品必不可少的传感器。特别是在机器人、飞机、车身控制等领域，需要进行考虑微小旋转的反馈控制，通常使用陀螺仪传感器。
陀螺仪传感器的应用
陀螺仪传感器广泛应用于控制智能手机、数码相机、游戏设备、航天工业、航空、汽车和工业机器人等领域。
陀螺仪传感器的具体用途如下。
智能手机和数码相机的防抖功能
双足机器人的行走控制
飞机机身位置测量与控制
VR游戏用户的运动和位置测量
根据产品的不同，陀螺仪传感器具有不同的特性，例如耐热性、耐振性以及尺寸。因此，需要选择使用陀螺仪传感器的设备，同时考虑设备的控制精度和使用环境。
陀螺仪传感器原理
陀螺仪传感器的典型测量方法包括使用科里奥利力的振动型和使用光的萨尼亚克效应的光学型。
1. 振动陀螺仪传感器
振动陀螺仪传感器中使用的科里奥利力是旋转物体运动时作用于其上的视在力。振动型又可分为压电型和电容型。
压电法
该方法将 旋转振动器中产生的电压值测量为相当于科里奥利力的物理量。
静电电容法
旋转时的科里奥利力会导致振动器的左右检测电极之间产生静电电容差，因此该方法根据该静电电容差来测量科里奥利力并计算角速度。
科里奥利力和角速度之间的关系可以用以下公式表示。
ω=F/2mv（ω：角速度，F：科里奥利力，m：物体质量，v：移动速度）
2.光学陀螺仪传感器
光学陀螺仪传感器中使用的萨尼亚克效应的原理是，如果光线经过的光路在运动，光路的长度就会变长。这种物理现象的发生是因为光速始终恒定。在光学陀螺仪传感器中，旋转光本身会延长光路，并且可以通过测量产生的相位差来计算角速度。
有关陀螺仪传感器的其他信息
1. 陀螺仪传感器校正方法
漂移校正
有多种因素可能导致陀螺仪传感器输出出现误差。其中，必须要注意的一个特点就是“漂移”。漂移是指零点的漂移，本来是给定初始值的，初始值一点点偏移，增加了检测误差。
引起漂移的内部因素是直流分量波动（低频波动）和高频噪声的影响。直流分量的波动称为偏置不稳定性，高频噪声称为角度随机游走。偏置不稳定取决于电源电压的稳定性，因此可以通过检查电源来改善。
角度随机游走校正角度
随机游走的校正方法取决于各公司的技术诀窍，但常用的校正方法是使用卡尔曼滤波器的校正。
卡尔曼滤波器是一种根据先前信息和当前获取的数据估计最合适的系统状态的方法。这也可以描述为根据过去的信息和当前获得的信息估计随时间变化的变量的原始状态的问题。将这些测量值和变量本身视为具有噪声非常重要。
2.陀螺仪传感器和加速度传感器的区别
加速度传感器是具有与陀螺仪传感器类似的特性的传感器之一。两者有时会混淆，但其实是完全不同的。
顾名思义，加速度计是用于检测加速度的传感器。利用惯性力测量物体移动速度的变化，并将其作为电信号输出。加速度计的应用范围很广，因为可以从加速度中获得物体如何振动和冲击强度等信息。基本结构类似于陀螺仪传感器。
另一方面，如上所述，陀螺仪传感器是用于检测角速度的传感器。科里奥利力可用于测量物体的运动（旋转）以及方向和姿势的变化，并将其作为电信号输出。
3. 3轴、6轴、9轴兼容传感器
如今，经常用来描述惯性力检测传感器的术语包括三轴和六轴传感器。每个传感器对应纵向、横向、垂直加速度（3轴）和角速度（6轴），作为ADAS（汽车驾驶支持系统）和自动驾驶技术不可或缺的车载传感器。
以汽车导航系统为例，汽车导航系统同时配备了陀螺仪传感器和加速度传感器。陀螺仪传感器检测汽车的方向，加速度传感器检测行驶的距离，即使在恶劣的地方也能确定当前位置。无线电波难以到达，例如在隧道中。可以高精度显示。
这三个轴由横滚、俯仰和偏航表示，并且可以使用这些轴来表达姿势。特别地，对于滚动和俯仰，作为误差原因的漂移本身可以使用反馈电路自行校正。此外，作为漂移校正的不同Ref，当前标准除了6轴兼容传感器之外还使用地磁传感器，在这种情况下称为9轴兼容传感器。
4. MEMS兼容陀螺仪传感器
陀螺仪传感器用于显示和控制涉及旋转运动的机器的运动，但采用 MEMS（微机电系统）技术。 MEMS技术是通过在半导体工业中开发薄膜微加工技术而使用的。
与“光学”和“机械”类型不同，陀螺仪传感器相对容易小型化和集成。 MEMS 传感器内置于许多设备中，包括智能手机等移动设备，因为它们与 ASIC 高度兼容，从而实现相对复杂的控制。
此外，陀螺仪传感器所需的角速度检测范围根据应用而不同。例如，智能手机等移动设备需要300至2000 dps（每秒度数，每秒旋转角度）的范围，而汽车导航系统等汽车设备则需要100至500 dps的范围。
因此，在选择传感器时，需要根据设备的使用状况来考虑多大的检测范围才足够。
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