陀螺仪与加速度计:原理、应用与特性解析
1. 陀螺仪概述
陀螺仪最初包含一个旋转盘,如今主要讨论的是振动陀螺仪(也称为谐振陀螺仪),它们是集成在硅芯片中的微机电系统(MEMS)设备。
1.1 相关组件
- 加速度计 :测量线性运动变化和相对于重力的静态方向。
- GPS :提供位置信息。
- 磁力计 :测量周围磁场,可确定相对于地球磁场的方向。
1.2 功能
陀螺仪抵抗与其自身旋转或振动轴成直角的任何轴的旋转。若将其安装在密封外壳的万向节上自由移动,外壳可围绕它自由旋转,而陀螺仪会保持其方向。在飞机上安装陀螺仪,可通过它确定飞机绕两个轴的旋转;添加正交的额外陀螺仪,能确定飞机绕三个轴的旋转。但陀螺仪不测量任何方向的线性运动或静态方向角度。
1.3 示意图符号
基于芯片的陀螺仪、磁力计或加速度计在示意图中通常表示为一个矩形框,包含缩写以识别引脚功能,如同任何集成电路芯片。
1.4 惯性测量单元(IMU)
当加速度计和陀螺仪(可选配磁力计)封装在一起时,称为惯性测量单元(IMU)。它能在GPS信号不可用时,为飞机、航天器和船只的操纵提供必要数据。
1.5 应用
- 汽车领域 :1998年,首个基于芯片的陀螺仪用于汽车防滑控制系统中的偏航传感器,后续应用包括主动悬架控制、安全气囊传感器、
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