什么是陀螺儀傳感器？

陀螺儀傳感器是檢測角速度的傳感器。

也稱為陀螺儀。角速度是指物體單位時間內旋轉的物理量，是當今需要精密、精確控制的工業機械產品中不可或缺的傳感器。

特別是在機器人、飛機、車身控制等領域，需要進行考慮微小旋轉的反饋控制，通常使用陀螺儀傳感器。

陀螺儀傳感器的應用

陀螺儀傳感器廣泛應用于控制智能手機、數碼相機、游戲設備、航天工業、航空、汽車和工業機器人等領域。

陀螺儀傳感器的具體用途如下。

• 智能手機和數碼相機的防抖功能

• 雙足機器人的行走控制

• 飛機機身位置測量與控制

• VR游戲用戶的運動和位置測量

根據產品的不同，陀螺儀傳感器具有不同的特性，例如耐熱性、耐振性以及尺寸。因此，需要選擇使用陀螺儀傳感器的設備，同時考慮設備的控制精度和使用環境。

陀螺儀傳感器原理

陀螺儀傳感器的典型測量方法包括使用科里奧利力的振動型和使用光的薩尼亞克效應的光學型。

1. 振動陀螺儀傳感器

振動陀螺儀傳感器中使用的科里奧利力是旋轉物體運動時作用于其上的視在力。振動型又可分為壓電型和電容型。

• 壓電法
  該方法將 旋轉振動器中產生的電壓值測量為相當于科里奧利力的物理量。

• 靜電電容法
  旋轉時的科里奧利力會導致振動器的左右檢測電極之間產生靜電電容差，因此該方法根據該靜電電容差來測量科里奧利力并計算角速度。

科里奧利力和角速度之間的關系可以用以下公式表示。

ω=F/2mv（ω：角速度，F：科里奧利力，m：物體質量，v：移動速度）

2.光學陀螺儀傳感器

光學陀螺儀傳感器中使用的薩尼亞克效應的原理是，如果光線經過的光路在運動，光路的長度就會變長。這種物理現象的發生是因為光速始終恒定。在光學陀螺儀傳感器中，旋轉光本身會延長光路，并且可以通過測量產生的相位差來計算角速度。

有關陀螺儀傳感器的其他信息

1. 陀螺儀傳感器校正方法

漂移校正
有多種因素可能導致陀螺儀傳感器輸出出現誤差。其中，必須要注意的一個特點就是“漂移”。漂移是指零點的漂移，本來是給定初始值的，初始值一點點偏移，增加了檢測誤差。

引起漂移的內部因素是直流分量波動（低頻波動）和高頻噪聲的影響。直流分量的波動稱為偏置不穩定性，高頻噪聲稱為角度隨機游走。偏置不穩定取決于電源電壓的穩定性，因此可以通過檢查電源來改善。

角度隨機游走校正角度
隨機游走的校正方法取決于各公司的技術訣竅，但常用的校正方法是使用卡爾曼濾波器的校正。

卡爾曼濾波器是一種根據先前信息和當前獲取的數據估計最合適的系統狀態的方法。這也可以描述為根據過去的信息和當前獲得的信息估計隨時間變化的變量的原始狀態的問題。將這些測量值和變量本身視為具有噪聲非常重要。

2.陀螺儀傳感器和加速度傳感器的區別

加速度傳感器是具有與陀螺儀傳感器類似的特性的傳感器之一。兩者有時會混淆，但其實是完全不同的。

顧名思義，加速度計是用于檢測加速度的傳感器。利用慣性力測量物體移動速度的變化，并將其作為電信號輸出。加速度計的應用范圍很廣，因為可以從加速度中獲得物體如何振動和沖擊強度等信息。基本結構類似于陀螺儀傳感器。

另一方面，如上所述，陀螺儀傳感器是用于檢測角速度的傳感器。科里奧利力可用于測量物體的運動（旋轉）以及方向和姿勢的變化，并將其作為電信號輸出。

3. 3軸、6軸、9軸兼容傳感器

如今，經常用來描述慣性力檢測傳感器的術語包括三軸和六軸傳感器。每個傳感器對應縱向、橫向、垂直加速度（3軸）和角速度（6軸），作為ADAS（汽車駕駛支持系統）和自動駕駛技術不可或缺的車載傳感器。

以汽車導航系統為例，汽車導航系統同時配備了陀螺儀傳感器和加速度傳感器。陀螺儀傳感器檢測汽車的方向，加速度傳感器檢測行駛的距離，即使在惡劣的地方也能確定當前位置。無線電波難以到達，例如在隧道中。可以高精度顯示。

這三個軸由橫滾、俯仰和偏航表示，并且可以使用這些軸來表達姿勢。特別是，對于滾動和俯仰，作為誤差原因的漂移本身可以使用反饋電路來自行校正。此外，作為漂移校正的不同Ref，當前標準除了6軸兼容傳感器之外還使用地磁傳感器，在這種情況下稱為9軸兼容傳感器。

4. MEMS兼容陀螺儀傳感器

陀螺儀傳感器用于顯示和控制涉及旋轉運動的機器的運動，但采用 MEMS（微機電系統）技術。MEMS技術是通過在半導體工業中開發薄膜微加工技術而使用的。

與“光學”和“機械”類型不同，陀螺儀傳感器相對容易小型化和集成。MEMS傳感器內置于許多設備中，包括智能手機等移動設備，因為它們與ASIC高度兼容，從而實現相對復雜的控制。

此外，陀螺儀傳感器所需的角速度檢測范圍根據應用而不同。例如，智能手機等移動設備需要300至2000 dps（每秒度數，每秒旋轉角度）的范圍，而汽車導航系統等汽車設備則需要100至500 dps的范圍。

因此，在選擇傳感器時，需要根據設備的使用狀況來考慮多大的檢測范圍才足夠。