用户4757305868280
陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统，被广泛运用于手机等移动便携设备。
一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的，这是陀螺仪的理论基础。就好比骑自行车，轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。
陀螺仪其实就是角速度传感器，怎么结合芯片的？这个既然是传感器当然是获取各种数据的，就是基于基本原理，用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统，既cpu芯片，然后芯片在反馈或是指令别的子系统工作。以前陀螺仪可能是一个单独的设备，现在已经进化一块小小的芯片，当然这个芯片不是cpu,本质上还是一个传感器，只是工艺进步了，不是原来的样子，功能还是一样。整合到芯片里不如说工艺进步做成了芯片的样子。
燚简去舍
陀螺仪的内部原理是这样的：对固定指施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量；这有点类似于加速度计，解码方法大致相同，都会用到放大器。
- 角速率由科氏加速度测量结果决定科氏加速度 = 2 × (w × 质量块速度)w是施加的角速率(w = 2 πf)
- 通过14 kHz共振结构施加的速度（周期性运动）快速耦合到加速度计框架科氏加速度与谐振器具有相同的频率和相位，因此可以抵消低速外部振动
- 该机械系统的结构与加速度计相似（微加工多晶硅）
- 信号调理（电压转换偏移）采用与加速度计类似的技术
施加变化的电压来回移动器件，此时器件只有水平运动没有垂直运动。如果施加旋转，可以看到器件会上下移动，外部指将感知该运动，从而就能拾取到与旋转相关的信号。
上面的动画，只是抽象展示了陀螺仪的工作原理，而真实的陀螺仪内部构造是下面这个样子，别不小心误会了哦~
PS：陀螺仪可以三个一起设计，分别对应于所谓滚动、俯仰和偏航。任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滚动是指向左或向右翻滚。要正确控制任何类型的航空器或导弹，都需要知道这三个参数，这就会用到陀螺仪。它们还常常用于汽车导航，当汽车进入隧道而失去GPS信号时，这些器件会记录您的行踪。
无人机在飞行作业时，获取的无人机影像通常会携带配套的POS数据。从而在处理中可以更加方便的处理影像。而POS数据主要包括GPS数据和IMU数据，即倾斜摄影测量中的外方位元素：（纬度、经度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa））。
GPS数据一般用X、Y、Z表示，代表了飞机在飞行中曝光点时刻的地理位置。
飞控是由主控MCU和惯性测量模块（IMU，Inertial Measurement Unit）组成。IMU提供飞行器在空间姿态的传感器原始数据，一般由陀螺仪传感器/加速度传感器/电子罗盘提供飞行器9DOF数据。
IMU中的传感器用来感知飞行器在空中的姿态和运动状态，这有个专有名词叫做运动感测追踪，英文Motion Tracking。运动感测技术主要有四种基础运动传感器，下面分别说明其进行运动感测追踪的原理。
微机电系统(MEMS)
IMU中使用的传感器基本上都是微机电系统（MEMS），是半导体工业中非常重要的一个分支。
微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一种先进的制造技术平台。微机电系统是微米大小的机械系统，是以半导体制造技术为基础发展起来的。
我们的四轴飞行器上用到的加速度陀螺仪MPU6050，电子罗盘HMC5883L都是微机电系统，属于传感MEMS分支。传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。
加速器(G-sensors)
加速器可用来感测线性加速度与倾斜角度，单一或多轴加速器可感应结合线性与重力加速度的幅度与方向。含加速器的产品，可提供有限的运动感测功能。
加速度计的低频特性好，可以测量低速的静态加速度。在我们的飞行器上，就是对重力加速度g（也就是前面说的静态加速度）的测量和分析，其它瞬间加速度可以忽略。记住这一点对姿态解算融合理解非常重要。
当我们把加速度计拿在手上随意转动时，我们看的是重力加速度在三个轴上的分量值。加速度计在自由落体时，其输出为0。为什么会这样呢？这里涉及到加速度计的设计原理：加速度计测量加速度是通过比力来测量，而不是通过加速度。
陀螺仪(Gyros)
陀螺仪是利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。
陀螺仪可感测一轴或多轴的旋转角速度，可精准感测自由空间中的复杂移动动作，因此，陀螺仪成为追踪物体移动方位与旋转动作的必要运动传感器。不像加速器与电子罗盘，陀螺仪不须借助任何如重力或磁场等的外在力量，能够自主性的发挥其功能。所以，从理论上讲只用陀螺仪是可以完成姿态导航的任务的。
陀螺仪的特性就是高频特性好，可以测量高速的旋转运动。缺点是存在零点漂移，容易受温度/加速度等的影响。
电子罗盘(E-Compasses)
电子罗盘也叫数字指南针，磁力计，是利用地磁场来定北极的一种方法。现在一般有用磁阻传感器和磁通门加工而成的电子罗盘。
电子罗盘可由地球的磁场来感测方向。运用电子罗盘的消费性电子产品应用，包含在手机的地图应用程序显示正确方向，或为导航应用程序提供前进方向数据。然而，电子设备或建筑材料的磁场干扰，比地球磁场来得强，导致电子罗盘传感器的输出值，较容易受到各种环境因素的影响，尤其在室内更是如此，因此，电子罗盘须要透过频繁的校正，才能维持前进方向数据的准确度。
压力传感器(Barometers)
压力传感器又叫做气压计，会藉由气压的变化来感测物体的相对与绝对高度，常被运用于与运动、健身、方位推测等应用有关的消费性产品中，例如，可感测使用者的移动层楼，调整地图信息。
IMU数据主要包含了：航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滚角（Kappa）三个数据。
1、航向角（Phi）
航向角英文缩写是：Phi。定义为：飞机和航天飞机的纵轴与地球北极之间的夹角。
示意图如下图所示：
2、俯仰角（Omega）
俯仰角英文缩写是：Omega。定义为：平行于机身轴线并指向飞行器前方的向量与地面的夹角。
示意图如下：
3、翻滚角（Kappa）
翻滚角又叫侧滚角，英文缩写是Kappa。定义为：光轴与十周之间的夹角。
示意图如下图所示：
原文来自21ic电子网
传感器
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3条评论
桃城阿彬
陀螺仪，是一种用来感测与维持方向的装置，基於角动量不灭的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位於轴心可以旋转的轮子构成。 陀螺仪一旦开始旋转，由於轮子的角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用於导航、定位等系统。
一、陀螺仪的发明
现在手机里面的陀螺仪传感器已经进化成一块小小的芯片了，但是在陀螺仪出现的时候，它确是一个机械装置。
目前，人们普遍认为是1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，发明了陀螺仪。那个时代的陀螺仪可以理解成把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上面，这样因为陀螺在高速旋转时保持稳定，人们就可以通过陀螺的方向来辨认方向，确定姿态，计算角速度。
万向支架可以保证无论怎么转动，陀螺都不会倒，万向支架这个东西最早可以追溯到中国几千年前的香炉。
陀螺仪发明以后，首先被用在航海上（当年还没有发明飞机），后来被用在航空上。因为飞机飞在空中，是无法像地面一样靠肉眼辨认方向的，而飞行中方向都看不清楚危险性极高，所以陀螺仪迅速得到了应用，成为飞行仪表的核心。
到了第二次世界大战，各个国家都玩命的制造新式武器，德国人搞了飞弹去炸英国，这是今天导弹的雏形。从德国飞到英国，千里迢迢怎么让飞弹能飞到，还能落到目标呢？
于是，德国人搞出来惯性制导系统。惯性制导系统采用用陀螺仪确定方向和角速度，用加速度计测试加速度，然后通过数学计算，就可以算出飞弹飞行的距离和路线，然后控制飞行姿态，争取让飞弹落到想去的地方。
二战时候，计算机也好，仪器也好，精度都是不太够的，所以德国的飞弹偏差很大，想要炸伦敦，结果炸得到处都是，颇让英国人恐慌了一阵。
不过，从此以后，以陀螺仪为核心的惯性制导系统就被广泛应用于航空航天，今天的导弹里面依然有这套东西，而随着需求的刺激，陀螺仪也在不断进化。
二、陀螺仪的进化
最早的陀螺仪都是机械式的，里面真有高速旋转的陀螺，而机械的东西对加工精度有很高的要求，还怕震动，因此机械陀螺仪为基础的导航系统精度一直都不太高。
于是，人们开始寻找更好的办法，利用物理学上的进步，发展出激光陀螺仪，光纤陀螺仪，以及微机电陀螺仪（MEMS）。
这些东西虽然还叫陀螺仪，但是它们的原理和传统的机械陀螺仪已经完全是两码事了。
光纤陀螺仪利用的是萨格纳克(Sagnac)效应，通过光传播的特性，测量光程差计算出旋转的角速度，起到陀螺仪的作用，替代陀螺仪的功能。
激光陀螺仪也是通过算光程差计算角速度，替代陀螺仪。
微机电陀螺仪则是利用物理学的科里奥利力，在内部产生微小的电容变化，然后测量电容，计算出角速度，替代陀螺仪。
iPhone和我们的智能手机里面所用的陀螺仪，就是微机电陀螺仪（MEMS）。
目前，传统上的机械陀螺仪正在被淘汰，有高精度需求的地方用的是激光陀螺仪，而普及方面则是微机电陀螺仪。
因为微机电陀螺仪（MEMS）属于微电子产品，发展迅速，而且成本越来越低，所以用途越来越广。我们的智能手机因为有检测动态的需求，于是就用上了微机电陀螺仪（MEMS）。
三、无处不在的陀螺仪
本来陀螺仪是高大上的存在，但是因为微机电陀螺仪（MEMS）的出现，低成本的陀螺仪可以用在很多领域。
除了我们熟悉的智能手机以外，汽车上也用了很多微机电陀螺仪，在高档汽车中,大约采用25至40只MEMS传感器，用来检测汽车不同部位的工作状态，给行车电脑提供信息，让用户更好的控制汽车。
而在游戏机里面，各种体感操作功能的背后都是微机电陀螺仪（MEMS）。
科技世家
这就牵涉到一种叫mems技术，它只通过硅工艺集成电路工艺而制成的一些微机械运动部件，同时通过电荷采集和电容采集等方式，采集器件之间的运动关系。詹姆斯陀螺仪的音叉体质，折线体质等都可以带来较高的采样率和较大的耐冲击性。也算这些相对运动关系就能得出整个运动物体的在不同轴线和角度上的加速度。从而计算出物体的横滚俯仰横向。
黑暗的左手
我类个神啊，你说的电子陀螺仪一般都是MEMS陀螺，以下为我引用的一段：
MEMS陀螺仪，也就是微机电陀螺仪，在航模、手机、相机中广泛运用，MEMS陀螺仪利用科里奥利力——旋转物体在有径向运动时所受到的切向力。
其基本原理如下：
MEMS陀螺仪通常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（有点象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（就象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。
现在你明白这玩意儿是咋把角运动信号转换成电信号的了吧。
电路图俺没有人家厂家的实际电路图，弄不到，不好意思。
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