角速度傳感器簡介

對于角速度傳感器，很多人可能會比較陌生，不過，如果提到它的另一個名字——陀螺儀，相信有不少人知道。

陀螺儀，是一種用來感測與維持方向的裝置，基于角動量不滅的理論設(shè)計出來的。陀螺儀一旦開始旋轉(zhuǎn)，由于輪子的角動量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。

角速度傳感器的原理通俗地說，一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。大家如果玩過陀螺就會知道，旋轉(zhuǎn)的陀螺遇到外力時，它的軸的方向是不會隨著外力的方向發(fā)生改變的。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。

人們根據(jù)這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫做陀螺儀，然后再用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號傳給控制系統(tǒng) 。

單軸的角速度傳感器只能測量單一方向的改變，因此一般的系統(tǒng)要測量 X、Y、Z 軸三個方向的改變，就需要三個單軸的角速度傳感器。目前通用的一個 3 軸角速度傳感器就能替代三個單軸的，而且還有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好等諸多優(yōu)點，因此各種形態(tài)的 3 軸角速度傳感器是目前主要的發(fā)展趨勢。

最常見的角速度傳感器使用場景就是手機，如賽車類手游就是通過角速度傳感器的作用產(chǎn)生汽車左右搖擺的交互模式。除了手機，角速度傳感器還被廣泛應(yīng)用在 AR/VR 以及無人機領(lǐng)域。

角速度跟加速度就是同胞兄弟。加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進的。另一種是線加速度傳感器。在要求相對不高的場合，一個基于陀螺儀的傳感器，可以做到既能測量傾角，也可以測量加速度。

角速度傳感器應(yīng)用Coriolis力原理，內(nèi)置特殊的陶瓷裝置，大大的簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)和電路裝置,從而具備優(yōu)越的操作特性。角速度傳感器也稱為陀螺儀，是用高速回轉(zhuǎn)體的動量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個或二個軸的角運動檢測裝置，此為機械陀螺儀。

主要應(yīng)用于汽車導(dǎo)航,運動物體的位置控制和姿態(tài)控制,以及其它需要精確角度測量的場合。

角速度是描述物體運行狀態(tài)的重要參數(shù)，分為傾角角速度和旋轉(zhuǎn)角速度。通過對瞬時角速度的測量，可以監(jiān)測物體的運動狀態(tài)，從而對其運動姿態(tài)進行控制。目前，角速度測量已經(jīng)在汽車、軍事、航天、工業(yè)、電子等多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

近年來關(guān)于傾角角速度傳感器的研究主要包括磁流體動力學(xué)角速度傳感器、微熱對流角速度傳感器、新型MEMS 仿生三維角速度傳感器和基于Coriolis 效應(yīng)的微機械陀螺等。

由于旋轉(zhuǎn)機械的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，因此旋轉(zhuǎn)角速度檢測裝置的使用范圍也更大。目前測量旋轉(zhuǎn)機械瞬時角速度的裝置主要是測速發(fā)電機，測速發(fā)電機分直流、交流測速發(fā)電機兩大類。

直流測速發(fā)電機由于電刷接觸電阻和電樞反應(yīng)的影響，其輸出特性的線性誤差較大，約為0．3%左右，且存在低速失靈區(qū)和紋波影響;

交流測速發(fā)電機不存在電刷接觸電阻產(chǎn)生的影響，但運行時由于轉(zhuǎn)子漏阻抗和激磁繞組漏阻抗的影響，同樣導(dǎo)致其輸出特性的線性誤差較大; 此外，由于交流異步測速發(fā)電機的兩相定子繞組不完全垂直，或是氣隙不均，磁路不對稱，亦或是空心杯轉(zhuǎn)子的壁厚不均以及制造杯型轉(zhuǎn)子的材料不均，會造成一定的剩余電壓。

基于此，研究了一種無刷式測速發(fā)電機。

慣性測量裝置IMU屬于捷聯(lián)式慣導(dǎo)，該系統(tǒng)有三個加速度傳感器與三個角速度傳感器（陀螺）組成，加速度計用來感受飛機相對于地垂線的加速度分量，角速度傳感器用來感受飛機的角度信息，該子部件主要有兩個A/D轉(zhuǎn)換器AD7716BS與64K的E/EPROM存儲器X25650構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換器采用IMU各傳感器的模擬變量，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息后經(jīng)過CPU計算后最后輸出飛機俯仰角度、傾斜角度與側(cè)滑角度，E/EPROM存儲器主要存儲了IMU各傳感器的線性曲線圖與IMU各傳感器的件號與序號，部品在剛開機時，圖像處理單元讀取E/EPROM內(nèi)的線性曲線參數(shù)為后續(xù)角度計算提供初始信息。IMU的具體實物見圖。