1、陀螺儀與加速度傳感器介紹2.陀螺儀的工作原理陀螺儀的工作原理 陀螺儀是由陀螺旋轉(zhuǎn)的原理制成的，用于測(cè)量物體的角速度 陀螺是圍繞著某個(gè)固定的支點(diǎn)而快速轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的剛體，它的質(zhì)量是均勻分布的，形狀是以軸為對(duì)稱(chēng)的，自轉(zhuǎn)軸就是它的對(duì)稱(chēng)軸。在一定力矩的作用下，陀螺會(huì)一直在自轉(zhuǎn)，而且還會(huì)圍繞著一個(gè)不變的軸一直在旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)作陀螺的旋進(jìn)或者是回轉(zhuǎn)效應(yīng)。例如很多孩子小時(shí)候玩的陀螺。 陀螺儀是測(cè)量運(yùn)動(dòng)角速度的器件 通過(guò)積分角速度可獲得陀螺儀偏轉(zhuǎn)角度值 陀螺儀的定向性使它能測(cè)量360度范圍內(nèi)的角度變化，可以測(cè)量得到物體的角速度，通過(guò)信號(hào)積分處理，可以獲物體的姿態(tài)（傾角）信息。 目前有3軸（X Y Z ）, 6軸（X X

2、Y Y YZ Z ZX）等3軸陀螺儀3、陀螺儀的特性、陀螺儀的特性（1）定軸性當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子以高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在沒(méi)有任何外力矩作用在陀螺儀上時(shí)，陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變，即指向一個(gè)固定的方向;同時(shí)反抗任何改變轉(zhuǎn)子軸向的力量。這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為陀螺儀的定軸性或穩(wěn)定性。穩(wěn)定性改變：1.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量愈大，穩(wěn)定性愈好;2.轉(zhuǎn)子角速度角速度愈大，穩(wěn)定性愈好。（2）進(jìn)動(dòng)性當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，若外力矩作用于外環(huán)軸，陀螺儀將繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng);若外力矩作用于內(nèi)環(huán)軸，陀螺儀將繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其轉(zhuǎn)動(dòng)角速度方向與外力矩作用方向互相垂直。進(jìn)動(dòng)角速度的方向取決于動(dòng)量矩H的方向(與轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)角速度矢量的方向一致)

3、和外力矩M的方向，而且是自轉(zhuǎn)角速度矢量以最短的路徑追趕外力矩。MEMS微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀微機(jī)電系統(tǒng)陀螺儀兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板。兩個(gè)方向的可移動(dòng)電容板。 徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向運(yùn)動(dòng)徑向的電容板加震蕩電壓迫使物體作徑向運(yùn)動(dòng) 橫向的電容板測(cè)量由于橫向科里奧利運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的電橫向的電容板測(cè)量由于橫向科里奧利運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的電容變化容變化 科里奧利力科里奧利力(科氏加速度科氏加速度)正比于角速度正比于角速度廠家廠家 ST 三軸三軸 Freescale 工業(yè)用工業(yè)用 Senodia（國(guó)內(nèi)）（國(guó)內(nèi)） InvenSense 加速度和陀螺儀一體化加速度和陀螺儀一體化 Panasonic 車(chē)用車(chē)用 EPSON

4、 單軸單軸4、陀螺儀的分類(lèi)、陀螺儀的分類(lèi)按用途傳感陀螺儀指示陀螺儀用于飛行體運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，作為水平、垂直、俯仰、航向和角速度傳感器指示陀螺儀主要用于飛行狀態(tài)的指示，作為駕駛和領(lǐng)航儀表使用。按發(fā)展機(jī)械式陀螺儀：陀螺方向儀 陀螺羅盤(pán)電子陀螺儀：激光陀螺儀、光纖陀螺儀等5、陀螺儀的功能、陀螺儀的功能 陀螺儀器最早是用于航海導(dǎo)航， 陀螺儀器：指示儀表，可作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中信號(hào)傳感器。 能提供準(zhǔn)確水平、位置、速度和加速度等信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)平衡，自動(dòng)導(dǎo)航儀來(lái)控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行。 陀螺儀器同時(shí)能提供準(zhǔn)確的方位，在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行

5、體的姿態(tài)控制（位置信號(hào)）和軌道控制（方向信號(hào)）。 6、陀螺儀舉例、陀螺儀舉例（1）用于手機(jī)上關(guān)于平衡類(lèi)的游戲陀螺儀檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的角速度，通過(guò)測(cè)定翻轉(zhuǎn)手機(jī)的速度來(lái)控制小球移動(dòng)速度（2）三軸數(shù)字輸出電子陀螺儀L3g4200d輸入電壓：2.4V3.6V數(shù)字輸出：16位數(shù)字量通信方式： I2C（串行）/SPI（串口） 方式量程范圍：250/500/2000 dps（度每秒）http:/ ENC-03 模擬量輸出陀螺儀模擬量輸出陀螺儀 輸出一個(gè)和角速度成正比的模擬電壓信號(hào)輸出一個(gè)和角速度成正比的模擬電壓信號(hào) 供電電壓供電電壓Vdc 2.75.25最大角速度最大角速度 deg./sec. +/-300輸出（當(dāng)

6、角速度輸出（當(dāng)角速度=0） Vdc1.35比例系數(shù)比例系數(shù) mV/deg./sec. 0.67響應(yīng)頻率響應(yīng)頻率Hz 50 max. 一個(gè)傳感器測(cè)量一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)；一個(gè)傳感器測(cè)量一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)；低通濾波器擬制噪音（大約低通濾波器擬制噪音（大約 22-25kHz）通過(guò)利用3軸陀螺儀，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體平衡的控制，如航模直升機(jī)上采用的便是該陀螺儀傳感器，如自平衡云臺(tái)（視頻）等；二、加速度傳感器二、加速度傳感器1、英文名稱(chēng)：acceleration transducer 加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過(guò)程中作用在物體上的力，加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。 加

7、速度計(jì)有兩種：一種是角加速度計(jì)，用于常用于測(cè)量?jī)A角，另一種就是線加速度計(jì)，用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的加速度。角加速度計(jì)角加速度計(jì)線加速度計(jì)線加速度計(jì)2、工作原理、工作原理 當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒(méi)有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。如圖所示，為輸出模擬量加速度傳感器原理u=kgsinkg式中，g為重力加速度；為車(chē)模傾角；k為加速度傳感器靈敏度系數(shù)系數(shù)。當(dāng)傾角比較小的時(shí)候，輸出電壓的變化可以近似與傾角成正比。3、加速度計(jì)的應(yīng)用、加速度計(jì)的應(yīng)用（1）游戲控制 加速度傳感器可以檢測(cè)上下左右的傾角的變化，通過(guò)前后傾斜手持設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲中物體的前后左右的方向控制。（2）圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn) 用加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及方向，實(shí)現(xiàn)手機(jī)所要