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传感器研究NO1.陀螺仪

2023-05-16

一、陀螺仪重要参数

如下图所示，一般陀螺仪手册具有很多参数，此处仅记录软件编程应注意的参数。

  • Full-Scale Range（量程）：dps（Degree Per Second）是角速度单位
  • Sensitivity Scale Factor（灵敏度/刻度因子）：输出与输入的比值。“量程大，灵敏度小”。
  • Sensitivity Scale Factor Initial Tolerance（灵敏度初始误差）
  • Sensitivity Scale Factor Variation Over Temperature（灵敏度动态误差）
  • Nonlinearity（非线性度）：满量程的非线性度，即满量程的误差。
  • Initial ZRO Tolerance（初始零漂）
  • ZRO Variation vs. Temperature（零漂温度系数）

二、陀螺仪方向

       在航空中，pitch, yaw, roll如图所示。pitch是围绕x轴旋转，也叫做俯仰角。yaw是围绕z轴旋转，也叫偏航角。roll是围绕y轴旋转，也叫翻滚角。

注意：实际意义的pitch, yaw, roll 和陀螺仪pitch, yaw, roll未必是一致的。

 

 

三、常见陀螺仪品牌

3.1 高精度惯性传感器

美国ADI亚德诺半导体，ADIS16480等

3.2 市场用的

ST意法半导体、Invensence  应美胜、Bosh  博世、艾普森

 

四、注意事项

 

五、算法相关

六、陀螺仪芯片备注

6.1 Bosch BMI270

此款超低功耗IMU采用Bosch 的MEMS工艺技术，大大减小了加速度计的偏移并提高了灵敏度。BMI270包含直观的手势、情境和活动识别功能，并集成了即插即用计步器，特别适合可穿戴设备、可听戴设备、增强现实和虚拟现实 (AR/VR) 等应用。

IMU内置的业界首款自校准陀螺仪采用了Bosch独有的静止组件重新调整 (CRT) 功能，可补偿MEMS焊接漂移，从而在测试和制造过程中为原始设备制造商 (OEM) 节省宝贵的时间和成本。

 

七、陀螺仪类型简介

7.1 静电陀螺仪

虽然传统的机械陀螺仪已经满足不了用户、或是场景变换上的精度需求了，但并不意味着包含转子结构的陀螺仪已经完全退出了高精度陀螺仪队伍当中。其身为机械陀螺仪的升级版本，静电陀螺仪利用电场克服了转子旋转的摩擦力，大大提高了陀螺仪的精度。可惜生产难度较大，限制了其大规模的应用。

7.2 压电陀螺仪

对于经常接触传感器的人都会知道，在需要完成测压力这一任务的时候，我们基本会采用压电传感器。但对压电陀螺仪并不清楚，压电陀螺仪是一种振动陀螺，依靠压电材料的压电效应，当角速度不同时，贴在不同方向上的压电薄片的电压也出现偏差，依此测量角速度。作为高精度陀螺仪，压电陀螺仪的抗干扰能力也十分强大，甚至经受的动态核爆实验也没有损坏，因此多用在军工方面。

7.3.光纤陀螺仪

光纤陀螺仪可谓顺应着时代的陀螺仪潮流而诞生，其具有精度高，体积小等特点，而且在成本方面也非常低，占据着绝大的地位，几乎完美。该种类的高精度陀螺仪利用的是光在转动光纤线圈内光程随角速度大小的变化，利用干涉来显现出来。目前光纤陀螺仪由于精度和价格的原因，往往在使用者的首选名单之中。

7.4.MEMS微机械陀螺仪

说到微机械陀螺仪，这其实一般情况下说的是其制造的工艺，并不是原理方面的概述，也可以说是微机械陀螺仪在设计上还有他的原理存在是多种多样的，上诉的大部分陀螺仪都可以做成微机械陀螺仪。但有一点可以肯定：微机械陀螺仪内部没有转子结构，因为把转子做成微小结构实在太难了。一般来说，比较常见的微机械陀螺仪采用的是振动物体测量加速度的方法。虽然身为高精度陀螺仪，体积小是它最大的优点，拥有着可以像电路板一样完成印制，也很方便集成。

 

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