Futaba GY401陀螺仪使用手册
１. 前 言
GY401 采用 AVCS ( Angular Vector Control System ) 角度向量控制系统，具有高性能、体积小及重量轻的特点，专为直升机所设计。感测器与控制器结合为一体，安装容易。
陀螺仪的性能表现与伺服机息息相关，伺服机的反应速度愈快，则陀螺仪的灵敏度及性能会愈佳。GY401 搭配数位式伺服机将可获致极佳的性能，S9253 高速型数位式伺服机是专为陀螺仪所设计，建议使用。２. 功能介绍
· AVCS 系统
可自动消除因风力或其它天候因素，以及直升机的各种姿态所引起之尾舵偏移，使得尾舵操控容易，适合 3D 花式飞行。
· SMM 陀螺仪感测器
采用最新型超低偏移 SMM ( Silicon Micro Machine ) 感测器，能有效减少飞行中尾舵偏移的机会。
·相容数位式伺服机 ( DS 模式 )
使用 DS 模式时可相容 Futaba 数位式伺服机，能完全配合数位式伺服机的高速反应性能。
·可由遥控器切换陀螺仪的感度及操作模式
由遥控器可调整陀螺仪的感度，以及切换陀螺仪的操作模式 ( 锁定模式或一般模式 )。
·一体式、体积小、重量轻
采用高密度黏著技术，体积只有27 × 27 × 20 mm，重量仅为 27 g。·导电树脂外壳
采用导电树脂外壳，增强抗电磁干扰 ( EMC ) 的能力。
３. 套件内的组件
打开GY401 包装盒後，请先检查是否包括下列组件∶
GY401 规格资料
·控制系统∶数位式 PI ( proportional integration ) 比例式积分控制。
·陀螺仪感测器∶SMM 系统振动式陀螺仪。
·操作电压∶4 ~ 6V ( 直流电 )
·操作温度∶-10 ~ +45°C
·外型尺寸∶27 × 27 × 20 mm
·重 量∶27 g
·功 能∶具备正逆转开关、DS 模式开关、控制延迟调整旋纽、伺服机最大行程量调整旋纽。可由遥控器调整陀螺仪的感度及切换锁定 ( AVCS ) 模式与一般模式。
４. AVCS 陀螺仪介绍
传统型的陀螺仪只有当直升机的尾舵移动时，才会送出控制讯号至伺服机，当尾舵停止移动时，控制讯号也随之归零。相反地，即使直升机的尾舵停止移动时，AVCS 陀螺仪也会持续送出控制讯号。
4.1 传统型陀螺仪的运作
当直升机在停悬状态受到侧风的吹袭时，尾舵会产生偏移的现象，此时传统型陀螺仪会送出控制讯号至尾舵伺服机，以相反的方向抵制尾舵的偏移，当尾舵停止偏移时，陀螺仪的控制讯号也随之消失。若侧风持续地吹袭直升机时，会造成尾舵不断地偏移，此时陀螺仪会一直抵制尾舵的偏移，直到尾舵移动至下风处，这就是风标效应。
4.2 AVCS 陀螺仪的运作
当尾舵受到侧风吹袭而产生偏移的现象时，陀螺仪会抵制尾舵的偏移，同时陀螺仪会计算出偏移的角度，并持续送出控制讯号以抵抗侧风，因此即使侧风不停地吹袭直升机时，尾舵依然不会产生偏移。换言之，陀螺仪会自动修正因侧风所引起的尾舵偏移。
当直升机执行自转的动作时，尾舵伺服机会依据机体旋转的角速度而摆动，当直升机停止自转时，尾舵伺服机会判断应停止的位置，这就是自动偏移功能。
５. GY401 的功能
5.1 各部名称及功能说明
名 称
功能说明
正逆转开关
切换陀螺仪的控制方向。请依据直升机的主旋翼旋转方向及尾舵连杆
的方向做正确的切换。
DS 模式开关
数位式伺服机模式开关。使用数位式伺服机时，请将 DS 模式开关切到 ON 的位置；使用一般伺服机时，请切到 OFF 的位置，若切到 ON 的位置时，将会导致伺服机烧毁。
控制延迟调整旋纽
调整尾舵控制讯号的运作速度。若使用速度较慢的伺服机，却发现直升机的尾舵会产生追纵现象时，可顺时针转动旋纽，增加延迟的时间，即可消除追纵现象。
若尾舵使用高速伺服机时，例如数位式伺服机，请将旋纽调整至0 的位置。
伺服机最大行程量
调整旋纽
设定尾舵伺服机的最大行程量。将尾舵摇杆向左及向右打满舵，调整旋纽使尾舵伺服机的行程量不会超出尾螺距滑套的最大活动范围。顺时针转动旋纽为增加行程量。
感度频道接头
接至接收机的感度频道 ( 一般是 CH5 )，可同时做为切换陀螺仪的感度及模式 ( 锁定模式或一般模式 ) 之用。因接头仅有单蕊的讯号线，请勿用力拉扯以免断线。
尾舵频道接头
接至接收机的尾舵频道 ( CH4 )。
尾舵伺服机接头
接至尾舵伺服机。
5.2 状态指示灯的显示
灯号显示
陀螺仪状态
快速闪烁
表示开启电源後，陀螺仪正在进行资料初始化的程序。
恒亮
表示陀螺仪位於锁定 ( AVCS ) 模式。
熄灭
表示电源已关闭或陀螺仪位於一般模式。
慢速闪烁
表示陀螺仪没有接收到由遥控器所送出的尾舵控制讯号，此时尾舵伺服机无法操作。
间歇闪烁
表示在一般模式下开启电源，此时陀螺仪无法正确地执行资料初始化的程序。请将遥控器的陀螺仪感度开关切至锁定模式，关闭接收机的电源再重新开启。
闪烁二次
表示在锁定模式时，目前接收到的尾舵控制讯号与储存在陀螺仪的中立点讯号不同。下列二种情况皆会出现此灯号∶
正在拨动尾舵摇杆。
尾舵的中立点已经偏移，必须重新设定中立点。
闪烁一次
表示重新设定尾舵的中立点。将遥控器的感度开关在一般模式与锁定模式间快速切换至少 3 次，最後须停於锁定模式。当灯号熄灭後，尾舵的中立点已经重新设定完成。
5.3 使用遥控器设定陀螺仪的感度
5.3.1 遥控器感度设定值与陀螺仪感度的关系
若感度频道送出中立点的讯号时，陀螺仪的感度将为0；若送出中立点以上的讯号时，陀螺仪为锁定模式；若送出中立点以下的讯号时，陀螺仪为一般模式。
若遥控器具备设定陀螺仪感度的功能( 例如 T9ZH WC 系列、FF9、FF8 )，则可由 GYRO 功能项设定陀螺仪的感度值。设定值若为 50%，则陀螺仪的感度为 0。若设定值为 0 ~ 50%，则陀螺仪的感度为 100 ~ 0% ( 一般模式 )；若设定值为 50 ~ 100%，则陀螺仪的感度为 0 ~ 100% ( 锁定模式 )。
由遥控器的感度开关可同时控制陀螺仪的感度及操作模式，感度开关的ATV 设定值亦可控制陀螺仪的感度，例如 ATV 为 90% 时，陀螺仪的感度为 100%。
5.3.2 使用感度开关设定陀螺仪的感度
本范例使用 Futaba FF8 遥控器，进入陀螺仪混控 ( GYRO ) 的功能项，分别设定一般飞行模式 ( 锁定模式，感度 80% )、Idle-up 1 飞行模式 ( 锁定模式，感度 80% ) 及 Idle-up 2 飞行模式 ( 一般模式，感度 60% )，使用 SW-E 开关切换陀螺仪的感度。
设定步骤∶
使用遥控器的进阶功能选单进入 GYRO 功能项。
按压游标键 ( CURSOR ) 显示选择切换开开的画面，按压资料键( DATA ) 选择 SW-E。
按压游标键 ( CURSOR ) 显示一般飞行模式 ( NORM ) 感度的画面，调整设定值为 90%。
按压游标键 ( CURSOR ) 显示 Idle-up 1 飞行模式 ( IDL1 ) 感度的画面，调整设定值为 80%。
按压游标键 ( CURSOR ) 显示 Idle-up 2 飞行模式 ( IDL2 ) 感度的画面，调整设定值为 20%。
注∶伺服机逆转 ( REVERS ) 的功能项内，感度频道 ( CH5 ) 须设为 NORM。
5.3.3 使用 ATV 设定陀螺仪的感度
若遥控器没有设定陀螺仪感度的功能时，则可选择一个具有切换开关的动作频道，利用调整行程量( ATV ) 的方式也可以控制陀螺仪的感度。
本范例使用 Futaba FF6 遥控器，进入行程量 ( ATV ) 的功能项，分别设定 CH5 的 ATV 为一般飞行模式 ( 锁定模式，感度 80%，CH5 开关扳向前 ) 及 Idle-up 飞行模式 ( 一般模式，感度 60%，CH5 开关扳向後 )，使用 CH5 开关切换陀螺仪的感度。
设定步骤∶
按压模式键 ( MODE ) 进入设定 CH5 ATV 的画面。
将 CH5 开关扳向前，设定 ATV 为 72%。
将 CH5 开关扳向後，设定 ATV 为 54%。
简单的计算公式∶ATV = 90 × 感度 / 100。
注∶使用 CH5 开关切换陀螺仪的感度时，将无法设定一般飞行模式与 Idle-up 飞行模式皆为锁定模式，CH5 开关必定一侧为锁定模式，另一侧为一般模式。伺服机逆转 ( REVERS ) 的功能项内，CH5 须设为 NORM。
６. 使用方法
6.1 将陀螺仪安装至直升机上
操作GY401 的切换开关及旋纽时，因开关及旋纽皆非常细小，请使
用套件内附之小型螺丝起子以利操作。
6.1.1 安装陀螺仪
安装 GY401 时，请使用套件内附之双面胶，陀螺仪的底部平面必须与直升机的主轴成90° 角，否则会影响左右侧滚及前後滚翻的方向。
将 GY401 安装在电动直升机上时，必须距离马达至少 10cm 以上，以免有干扰的现象产生。
6.1.2 接线图
6.1.3 选择伺服机
若使用数位式伺服机 ( 例如 S9253、S9250、s9450 ) 做为尾舵伺服机时，请将 DS 模式开关切至 ON 的位置。若使用一般的伺服机，则将 DS 模式开关切至 OFF 的位置。
注意∶若使用一般的伺服机，却将 DS 模式开关切至 ON 的位置时，将会导致伺服机烧毁。
6.1.4 检查尾舵连杆
将遥控器的感度开关切至锁定模式，先开启遥控器的电源，再开启接收机的电源。此时请勿拨动尾舵摇杆或移动直升机，需等3 秒钟後陀螺仪才会完成资料初始化的程序。
请注意，资料初始化的程序必须在锁定模式下进行，如果状态指示灯的灯号恒亮，表示目前陀螺仪正位於锁定模式。如果在一般模式下开启接收机的电源时，状态指示灯的灯号会出现间歇性的闪烁，必须将遥控器的感度开关切至锁定模式，然後重新开启接收机的电源。
将遥控器的感度开关切至一般模式，当尾舵伺服机在中立点时，选择适合的舵片，使尾舵连杆与伺服机摆臂尽可能成90° 角。请依据直升机的组装说明书，决定尾舵伺服机的摆臂长度。
左右移动尾舵摇杆，检查尾舵伺服机的转动方向是否正确，若转动方向错误，则由遥控器的伺服机逆转功能项目更改尾舵伺服机的方向。
6.1.5 调整陀螺仪的感度
陀螺仪的感度大小会因尾舵伺服机与直升机的不同而有所差异。一般而言，尾舵伺服机的速度愈快，则陀螺仪的感度可相对提升。直升机主旋翼的转速愈快，则尾舵的灵敏度会增加，因此必须降低陀螺仪的感度，例如特技飞行模式( Idle-up ) 的感度必须比停悬时的感度小。先将停悬时的感度设为 70 ~ 80%，上空飞行 ( Idle-up ) 时的感度设为 60 ~ 70%，然後再依据实际的飞行状态调整感度的大小。
6.1.6 检查陀螺仪的动作方向
提起直升机，将直升机的机头朝左侧摆动，若尾舵伺服机的摆动方向与遥控器的尾舵摇杆打右舵同方向时，表示陀螺仪的动作方向设定正确。若陀螺仪的动作方向不正确时，请切换陀螺仪的正逆转开关。陀螺仪的动作方向若设定错误，将使直升机在起飞时会产生高速自转的危险现象，请再三确认陀螺仪的动作方向是否正确。
6.1.7 调整尾舵伺服机最大行程量
将尾舵摇杆向左及向右打满舵，调整旋纽使尾舵伺服机的行程量不会
超出尾螺距滑套的最大活动范围。
在飞行时，尾舵伺服机的活动范围不会超出行程量的限制，可保护伺服机与连杆。请勿将行程量调整得太小，以免降低陀螺仪的性能。
6.2 飞行时的调整
在锁定模式时，陀螺仪会自动修正尾舵，使直升机的尾舵不会产生任何偏移，因此将无法查觉尾舵连杆的长度是否正确。故首次飞行或重新安装尾舵连杆时，请先以一般模式进行测试，以调整尾舵连杆长度的方式，使直升机在停悬时尾舵不会产生任何偏移。
6.2.1 调整尾舵的中立点
将遥控器的尾舵补偿混控 ( Revolution Mixing ) 功能关闭，或将设定值归零。
将遥控器的感度开关切至锁定模式，先开启遥控器的电源，再开启接收机的电源。请勿拨动尾舵摇杆或移动直升机，需等 3 秒钟後陀螺仪才会完成资料初始化的程序。
将遥控器的感度开关切至一般模式，使直升机起飞并保持在停悬的状态。若直升机的尾舵会产生偏移的现象，则调整尾舵连杆的长度，使尾舵不会偏向任何一侧。若尾舵仅有些微的偏移，则可使用尾舵微调( Trim ) 进行调整。
逐渐增加陀螺仪的感度，以不使直升机产生追踪现象为原则，尽可能
调大陀螺仪的感度。
注意∶每次开启接收机的电源时，务必确认 GY401 是位於锁定模式，否则陀螺仪将无法正确地执行资料初始化的程序。
6.2.2 锁定模式的调整
尾舵摇杆保持在中立点的位置上，将遥控器的感度开关在 1 秒钟内快速切换 3 次以上，最後须停於锁定模式。此时陀螺仪会自动储存中立点的资料，当状态指示灯闪烁一次後，表示尾舵的中立点已经重新设定完成，请关闭接收机的电源再重新开启。
切换飞行模式关关，执行各种飞行模式的动作後，观察状态指示灯的灯号，若灯号恒亮则为正常，若灯号闪烁二次，则表示中立点已经偏移，须重覆执行步骤 1 的程序，重新设定尾舵的中立点。
执行停悬及上空飞行的动作，以不使直升机产生追踪现象为原则，尽可能调大陀螺仪的感度。一般而言，锁定模式的陀螺仪感度会比一般模式小。
调整遥控器的动作比例 ( D/R ) 设定值，以符合自己的操控手感。
5.
打尾舵使直升机执行快速自转的动作，当直升机停止自转时尾舵若会产生追踪现象，则增加控制延迟旋纽的设定量，使用速度较慢的伺服
机会比较容易产生追踪现象。控制延迟旋纽的设定量请勿调整得太大，否则尾舵会产生偏移的现象，并且尾舵的操控性会变得很迟缓。使用高速伺服机( 例如 S9253 ) 时，请将控制延迟旋纽调至 0 的位置。
使用锁定模式时，直升机的尾舵将不受任何外力所影响，即使有侧风吹袭时也不会使尾舵偏移，因此将不会产生风标效应，故直升机在高速前进飞行欲转弯时，必须自行修正尾舵的方向。
注意∶锁定模式的中立点设定完成後，请勿再调整尾舵微调的设定值，否则必须重新执行中立点的设定程序。
测试用题，请勿“题字”。用后收回。谢谢！ 一、 （20分）以下每题各有四个答案，选择正确的答案，每题5分。 (1) 设自由陀螺的角动量为H ，已知进动角速度ω，陀螺力矩为M ，下列表示三者 之间关系的表达式正确的是（ ） （A ）H M ω=? ；（B ）M H ω=?； （C ）H M ω=? ；（D ）M H ω=? (2) 采用伺服跟踪法进行单自由度陀螺测漂，转台轴沿当地垂线方向，地球自转角速度 15/ie h ω=?，当地纬度为30?，测得转台转速为4 3.0210 -?转/分，则陀螺漂移速 度约为（传动比是1∶1）（ ） （A ）0.067 /h ；（B ）0.55/h ；（C ）1.57/h ；（D ）（A ）、(B)、(C)均错； (3) 干涉式光纤陀螺光纤长1500m ，成环半径4c m ，光纤环法向角速度 1.5/h Ω=?，光波长为1580nm 。则由Sagnac 效应引起的相位差近似为（ ） （A ）4 7.9510-?（） ；（B ）0.114（）；（C ）4 3.1410-?（）；（D ）(A)、(B)、(C) 均错； (4) 动量矩定理的向量表达式为（ ） （A ） n b nb d R d R R dt dt ω=+? ；（B ） b ib d H M H dt ω=?+ ；（C ） b n nb d R d R R dt dt ω=+?；（D ）i o o d H M dt = 二、（10分）说明运动地理坐标系相对惯性空间旋转的原因，给出该旋转角速度在地理 坐标系上的分量。 三、（20分）已知坐标系b b b ox y z （b 系）与n n n ox y z （n 系）初始时重合，b 系是 n 系以转动顺序x y z →→，转角分别为α、β 、γ得到的。试：（1）求方向余 弦矩阵n I C ，b n C 和n b C ；（2）写出b 系相对n 系的瞬时角速度在b 系上的投影表达式；（3）若向量ω在b 系中的表示为T b x y z ω ωωω??=?? ，求该向量在I I I ox y z 中 的表示I ω和n n n ox y z 中的表示n ω。 五、（10分）写出单自由度陀螺的技术方程，画出其传递函数方框图；求出当初始条件为零、输入角速度1()()t t ω δ=+时积分陀螺的响应。 六、（20分）已知二自由度陀螺技术方程为x x Y Y J H M J H M βααβ?+=?-=?，且x Y J J <。试证 明当陀螺仅受到沿内环轴幅值为 A 的脉冲力矩作用时，陀螺瞬态响应曲线（βα-曲 线）为椭圆，并给出椭圆中心坐标及长短半径；求出当() 1() x Y M t M t δ=??=? 时的响应 )(),(t t βα。 （初始条件为零）。
最全的陀螺仪基础知识详解 陀螺仪，又叫角速度传感器，是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，同时，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的装置也称陀螺仪。 一、陀螺仪的名字由来 陀螺仪名字的来源具有悠久的历史。据考证，1850年法国的物理学家莱昂·傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中地的转子（rotor），由于它具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，因此傅科用希腊字gyro（旋转）和skopein（看）两字合为“gyroscopei”一字来命名该仪器仪表。 最早的陀螺仪的简易制作方式如下：即将一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上，靠陀螺的方向来计算角速度。 其中，中间金色的转子即为陀螺，它因为惯性作用是不会受到影响的，周边的三个“钢圈”则会因为设备的改变姿态而跟着改变，通过这样来检测设备当前的状态，而这三个“钢圈”所在的轴，也就是三轴陀螺仪里面的“三轴”，即X轴、y轴、Z轴，三个轴围成的立体空间联合检测各种动作，然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。因此一开始，陀螺仪的最主要的作用在于可以测量角速度。 二、陀螺仪的基本组成 当前，从力学的观点近似的分析陀螺的运动时，可以把它看成是一个刚体，刚体上有一个万向支点，而陀螺可以绕着这个支点作三个自由度的转动，所以陀螺的运动是属于刚体绕一个定点的转动运动，更确切地说，一个绕对称轴高速旋转的飞轮转子叫陀螺。将陀螺安装在框架装置上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，这种装置的总体叫做陀螺仪。 陀螺仪的基本部件有：陀螺转子（常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值）；内、外框架（或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构）；附件（是指力矩马达、信号传感器等）。 三、陀螺仪的工作原理 陀螺仪侦测的是角速度。其工作原理基于科里奥利力的原理：当一个物体在坐标系中直线移动时，假设坐标系做一个旋转，那么在旋转的过程中，物体会感受到一个垂直的力和垂直方向的加速度。 台风的形成就是基于这个原理，地球转动带动大气转动，如果大气转动时受到一个切向力，便容易形成台风，而北半球和南半球台风转动的方向是不一样的。用一个形象的比喻解释了科里奥利力的原理。
加速度计和陀螺仪指南——数学模型和基本算法 本帖转自https://www.doczj.com/doc/dd16080534.html,/thread-1695-1-1.html 本帖翻译自IMU（加速度计和陀螺仪设备）在嵌入式应用中使用的指南。 这篇文章主要介绍加速度计和陀螺仪的数学模型和基本算法，以及如何融合这两者，侧重算法、思想的讨论. 介绍 本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。 IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串口通信 在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题： - 加速度计（accelerometer）检测什么 - 陀螺仪（gyroscope，也称作 gyro）检测什么 - 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒）
- 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准 确信息 在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。 总有些人认为使用IMU单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。我解释事情的方式，只需要基本的数学。我非常坚信简单的原则。我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。 我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成： - LIS331AL (datasheet) – 3轴 2G 模拟加速度计 - LPR550AL (datasheet) –双轴（俯仰、翻滚）500°/s 加速度传感器 - LY550ALH (datasheet) –单轴（偏航）陀螺仪最后这个设备在这篇介绍中不使用，不过他在DCM Matrix implementation中有重要作用 它们一起组成了一个6自由度的惯性测量单元。这是个花哨的名字！然而，在花哨的名字后面是个非常有用的设备组合，接下来我们会详细介绍之。 第一部分加速度计 要了解这个模块我们先从加速度计开始。当我们在想象一个加速度计的时候我们可以把它想作一个圆球在一个方盒子中。你可能会把它想作一个饼干或者甜圈，但我就把它当做一个球好了：
光纤陀螺仪测试方法 1范围 本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB321-1980优先数和优先系数 CB998低压电器基本实验方法 GJB585A-1998惯性技术术语 GJB151军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求 3术语、定义和符号 GJB585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。
3.1术语和定义 3.1.1干涉型光纤陀螺仪interferometric fiber optic gyroscope 仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。 3.1.2陀螺输入轴input axis of gyro 垂直于光纤环圈等效平面的轴。当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。 3.1.3标度因数非线性度scale factor nonlinearity 在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。 3.1.4零偏稳定性bias stability 当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用 摘要：微机电系统（MEMS）在消费电子领域的应用越来越普及，移动市场的增长也带动了MEMS需求的日益旺盛。实际上，MEMS传感器正在成为消费类和移动产品差异化的关键要素，例如游戏控制器、智能手机和平板电脑。MEMS为用户提供了与其智能设备交互的全新方式。本文简要介绍MEMS的工作原理、检测架构以及各种潜在应用。本文网络版地址：http：//https://www.doczj.com/doc/dd16080534.html,/article/247467.htm 关键词：MEMS；加速度计；陀螺仪；传感器 DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.013 引言 微机电系统（MEMS）将机械和电子元件集成在微米级的小型结构中。利用微机械加工将所有电气器件、传感器和机械元件集成至一片共用的硅基片，从而由半导体和微加工技术组合而成。MEMS系统的主要元件是机械单元、检测电路以及ASIC或微控制器。本文简要介绍MEMS加速度计传感器和陀螺仪，讨论其工作原理、检测结构以及目前市场的热点应用，对我们日常生活具有深远的影响。 1 MEMS惯性传感器 MEMS传感器在许多应用中测量沿一个或多个轴向的
线性加速度，或者环绕一个或多个轴的角速度，以作为输入控制系统（图1）。 MEMS加速度计传感器通常利用位置测量接口电路测 量物体的位移，然后利用模/数转换器（ADC）将测量值转换为数字电信号，以便进行数字处理。陀螺仪则测量物体由于科里奥利加速度而发生的位移。 2 加速度计工作原理 根据牛顿第二定律，物理加速度（m/s2）与受到的合力（N）成正比，与其质量（kg）成反比，加速度方向与合力相同。 上述过程可简单归纳为：作用力导致物体发生位移，进而发生电容变化。将多个电极并联，可获得更大的电容变化，更容易检测到位移（图4）。V1和V2连接至电容的每侧，电容分压器的中心连接到物体。 物体重心的模拟电压通过电荷放大、信号调理、解调及低通滤波，然后利用Σ-ΔADC将其转换为数字信号。将ADC输出的数字比特流送至FIFO缓存器，后者将串行信号转换为并行数据流。随后，可通过诸如I2C或SPI等串行协议读取数据流，再将其送至主机做进一步处理（图5）。 Σ-ΔADC具有信号带宽较窄，分辨率非常高，适合加速度计应用。Σ-ΔADC输出由其位数决定，很容易转换成“g”（单位），用于加速度计算。“g”为重力加速度。
MEMS加速度计原理 技术成熟的MEMS加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。压电式MEMS加速度计运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。 容感式MEMS加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。Freescale的MMA7660FC这一款加速度计（3-Axis Orientation/MotionDetection Sensor），这一款芯片也是利用这一原理设计的。datasheet的第9页介绍了其工作原理：当芯片有向右的加速度时，中间的活动质量快相对于另外两块电容板向左移动，这两平行板电容器的电容就发生了变化，从而测量出芯片运动的加速度。 热感式MEMS加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。 由于压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS加速度计只能感应到“动态”加速度，而不能感应到“静态”加速度，也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应“动态”加速度，又能感应“静态”加速度。 从上面的分析中，我们可以看到利用容感式和热感式加速度计进行定向时，加速度计测得的加速度里面包括重力加速度在各个轴上的重力分量和动态运动引起的加速度分量。因而，我觉得我们在利用这一类加速度计进行定向时，必须将动态加速度去掉（较为困难）；在进行检测芯片的运动时，必须将重力加速度的去掉。 师兄，我觉得如果我们选择用加速度计来进行定向的话，我们可以考虑ST的LSM303DLH （5*5*1mm,0.83mA）这一款芯片。这一款芯片集成了测加速度和磁场的功能，完全可以满足我们定向的需求
陀螺仪知识整理与解析 1、陀螺仪基础知识 (2) 2、Question and answer (2) 3、陀螺仪和加速度计的区别与联系 (3) 4、常用芯片介绍 (3)
1、陀螺仪基础知识 陀螺仪：测量角速度，是角速度传感器。时间积分后得到相对角度。陀螺和加速度计是惯性器件，是用来测量相对惯性空间的角速度（或对于积分类型的陀螺来说是角增量）和加速度。 在三维空间中描述一个刚体运动要六轴，三轴加速度，三轴角速度。测量角速度大部分芯片靠的是测量科特迪奥力，也就是让排水孔的水形成涡旋的力。 角速度跟角速率：速度是矢量、有方向。而速率是标量，只有大小，帶有平均的意味。如果采样点很快的話(dt趋于0)，速度和速率的数值是一样的。 航模的陀螺仪全是角速度传感器，不管是高端还是低端。 mems陀螺仪积分很多时候造成零偏的主要原因应该是随机游走。 2、Question and answer Q：角速度传感器如果在它的测量轴上匀速转动输出是否为定值？ A：是，不过首先要保证你是在匀速转动。 用过几种角速度传感器，发现匀速转动传感器，因为加了高通滤波，传感器输出的电平和静止时的电平一样，只有加速的时候电平才变动。 Q：如果在测量轴的某一位置静态输出为A，那么匀速转过45度后静止，那么此时输出是否为A？ A：如果是静止测量，是如此的。但由于频宽，通常信号有一点点滞后。 Q:用陀螺仪测角度的话，是不是对测出的角速度积分即可？网上看到有些资料说可以用陀螺仪和加速度传感器组合测角度，这种方法具体如何实现？ A：理论上如此，但是由于bias、drift、scale和数值积分的误差，积分结果是会漂移的。 假设加速度计测量到重力加速度时，可以对陀螺仪校正角
陀螺仪、加速度之我见 作者：茶不思 可能一个模块一个模块的讲有些啰嗦,而且这些模块的使用方法网上也有很多教程,我以后就不在说这个了.大家有问题就搜索下吧,很容易找到.我目前用到的外设有:timer,usart,iic,spi,flash,gpio,exit,暂时就这么多. 今天想跟大家谈谈加速度计和陀螺仪,不少人在问加速度计陀螺仪的数据读出来了怎么用,咱们就从这两个传感器的特点开始了解下,了解了特点,用法就很容易了. 以下仅代表个人观点,有哪里不对,还请指出.... 做个比喻吧,加速度计,以下简称加计,大家可以把它想象成一个铁块,这个铁块是个立方体,有前后左右上下六个面,每个面连接有一个弹簧,弹簧另一端假设固定在一个卡车的集装箱里面,这样这个铁块就被这六个弹簧吊在集装箱里面了,由于铁块有重力,所以汽车不动时,上面的弹簧被拉长,下面的弹簧被压缩,这里假设是通过测量弹簧的拉力来输出加速度(实际有可能是电容什么的,这里不做讨论,了解特性就好),六个弹簧,两两一组,正好3个轴,这就是3轴加速度了,静止不动时,只有Z轴也就是上下两根弹簧有读数,其他两对弹簧是平衡的.现在假设汽车在做加速运动,那么不仅仅上下两根弹簧不平衡了,前后两根弹簧也会有变化,前面的弹簧拉长,后面的弹簧压缩,就有了前后方向的加速度.左右也是一个道理. 知道了加计的大致原理,那么加计有什么特点呢?让我们大家想象一种情况,就是这辆卡车行驶在颠簸的路上,集装箱里面的铁块肯定不会稳稳的吊着了,他会随着汽车左摇右摆,上下颠簸,而且有一点大家注意,铁块的此时的摆动,不是完全和汽车同步的,由于惯性等原因,铁块会在里面"乱动",荡来荡去,此时的加速度输出会是怎么样的呢?肯定也是随着铁块"荡来荡去",所以我们得出加计的一大特点,就是对震动很"敏感",如果把飞控板放在桌子上静止不动,可以说随便一个姿态算法的输出都不错,哪怕不滤波.可以当电机一转动起来,震动来了,加计就有了很大的干扰,此时如果处理不好,姿态就乱掉了. 然后我们再说说陀螺仪,陀螺仪顾名思义,肯定和陀螺有很大关系,没错,特点也和陀螺一样.还是假设在这个车里面,我们放上一个小时候玩的陀螺,不管用了什么方法,让它高速旋转起来,大家都知道,这样陀螺是不会倒的,他会尽量保持当前的姿态,陀螺仪正是利用这个特点.我们看两段视频来了解下. 通过视频,大家可以看到,陀螺在高速旋转时,是会尽量保持转轴不变的.那么我们就可以想到陀螺仪的特点了,就是对震动是"不敏感"的,因为它会尽量保持自己不被震动改变,但是陀螺会不断累积误差,造成"漂移". 好了,这里我们知道了加计和陀螺仪的特点,再考虑怎么使用,就简单多了,
陀螺仪”和“加速度计”工作原理 2016-09-17 16:14:40 作者：没有夏天的四叶草修改：小马hoty 时间：2016/1/10 最近看到加速度计和陀螺仪比较火，而且也有很多人都在研究。于是也在网上淘了一个mpu6050模块，想用来做自平衡小车。可是使用起来就发愁了。网上关于mpu6050的资料的确不少，但是大家都是互相抄袭，然后贴出一段程序，看完之后还是不知道所以然。经过翻阅各个方面的资料，以及自己的研究在处理mpu6050数据方面有一些心得，在这里和大家分享一下。 1、加速度和陀螺仪原理 当然，在开始之前至少要弄懂什么是加速度计，什么是陀螺仪吧，否则那后边讲的都是没有意义的。简单的说，加速度计主要是测量物体运动的加速度，陀螺仪主要测量物体转动的角速度。这些理论的知识我就不多说了，都可以在网上查到。这里推荐一篇讲的比较详细的文章《AGuide To using IMU (Accelerometer and Gyroscope Devices) inEmbeddedApplications》，在网上可以直接搜索到。 2、加速度测量 在开始之前，不知大家是否还记得加速度具有合成定理？如果不记得可以先大概了解一下，其实简单的举个例子来说就是重力加速度可以理
解成是由x,y,z三个方向的加速度共同作用的结果。反过来说就是重力加速度可以分解成x,y,z三个方向的加速度。 加速度计可以测量某一时刻x,y,z三个方向的加速度值。而自平衡小车利用加速度计测出重力加速度在x,y,z轴的分量，然后利用各个方向的分量与重力加速度的比值来计算出小车大致的倾角。其实在自平衡小车上非静止的时候，加速度计测出的结果并不是非常精确。因为大家在高中物理的时候都学过，物体时刻都会受到地球的万有引力作用产生一个向下的重力加速度，而小车在动态时，受电机的作用肯定有一个前进或者后退方向的作用力，而加速度计测出的结果是，重力加速度与小车运动加速度合成得到一个总的加速度在三个方向上的分量。 不过我们暂时不考虑电机作用产生的运动加速度对测量结果的影响。因为我们要先把复杂的事情分解成一个个简单的事情来分析，这样才能看到成果，才会有信心继续。 下边我们就开始分析从加速度得到角度的方法。如下图，把加速度 计平放，分别画出xyz轴的方向。这三个轴就是我们后边分析所要用到的坐标系。如图一
//float gyro_m：陀螺仪测得的量（角速度） //float incAngle:加计测得的角度值 #define dt 0.0015//卡尔曼滤波采样频率 #define R_angle 0.69 //测量噪声的协方差（即是测量偏差） #define Q_angle 0.0001//过程噪声的协方差 #define Q_gyro 0.0003 //过程噪声的协方差过程噪声协方差为一个一行两列矩阵float kalmanUpdate(const float gyro_m,const float incAngle) { float K_0;//含有卡尔曼增益的另外一个函数，用于计算最优估计值 float K_1;//含有卡尔曼增益的函数，用于计算最优估计值的偏差 float Y_0; float Y_1 float Rate;//去除偏差后的角速度 float Pdot[4];//过程协方差矩阵的微分矩阵 float angle_err;//角度偏量 float E;//计算的过程量 static float angle = 0; //下时刻最优估计值角度 static float q_bias = 0; //陀螺仪的偏差 static float P[2][2] = {{ 1, 0 }, { 0, 1 }};//过程协方差矩阵 Rate = gyro_m - q_bias; //计算过程协方差矩阵的微分矩阵 Pdot[0] = Q_angle - P[0][1] - P[1][0];//？？？？？？ Pdot[1] = - P[1][1]; Pdot[2] = - P[1][1]; Pdot[3] = Q_gyro;//？？？？？？ angle += Rate * dt; //角速度积分得出角度 P[0][0] += Pdot[0] * dt; //计算协方差矩阵 P[0][1] += Pdot[1] * dt; P[1][0] += Pdot[2] * dt; P[1][1] += Pdot[3] * dt; angle_err = incAngle - angle; //计算角度偏差 E = R_angle + P[0][0]; K_0 = P[0][0] / E; //计算卡尔曼增益 K_1 = P[1][0] / E; Y_0 = P[0][0]; Y_1 = P[0][1]; P[0][0] -= K_0 * Y_0; //跟新协方差矩阵 P[0][1] -= K_0 * Y_1; P[1][0] -= K_1 * Y_0; P[1][1] -= K_1 * Y_1; angle += K_0 * angle_err; //给出最优估计值 q_bias += K_1 * angle_err;//跟新最优估计值偏差 return angle;}
SUCCESS BELONGS TO THE ONE WITH CLEAR AND LONG-TERM GOALS! 电子陀螺仪的角度获取测试 2013-06-07 16:11 by DarkHorse, 111 阅读, 0 评论, 收藏, 编辑 导航中经常用到电子陀螺。为了测试陀螺仪在静止下的零漂输出和运动情况下的输出角度值，做了2个实验。用的陀螺仪型号是：L3G4200DTR 是一个三轴输出的MEMS电子陀螺。 1 零漂测试 让陀螺仪静止不动，运行5分钟，记录串口输出数据，并解析出三个轴的角速度值。在matlab里面进行仿真。 function main clc; clear; dataFile = input('put file: ','s'); nCount = 0; fileHandle = fopen(dataFile,'r');
while ~feof(fileHandle) string = fgetl(fileHandle); nCount = nCount + 1; end nCount = nCount-2; frewind(fileHandle); i = 1; while ~feof(fileHandle) string = str2num(fgetl(fileHandle)); zData(i) = string(3); i = i + 1; if i > nCount break; end end fclose(fileHandle); figure(1); plot(zData,'b-'); hold on; meanZData = mean(zData); title('原始Z轴输出数据'); xlabel('ms'); ylabel('dps(degree per second)'); text(3500, 1.2, ['mean=',num2str(meanZData)]); figure(2); newData = runge_kutta_intergration(zData); plot(newData); xlabel('ms'); ylabel('degree'); title('积分输出的角度'); function newData = runge_kutta_intergration(rawData) samplePeriod = 0.1;%%100ms size = length(rawData); i=1; while (i <= size) %%%%%简单的积分累加获取角度 if(i == 1) Data(i) = rawData(i); else
陀螺仪的工作原理 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。1976年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。
本帖翻译自IMU（加速度计和陀螺仪设备）在嵌入式应用中使用的指南。 这篇文章主要介绍加速度计和陀螺仪的数学模型和基本算法，以及如何融合这两者，侧重算法、思想的讨论 介绍 本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。 IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串口通信 在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题： - 加速度计（accelerometer）检测什么 - 陀螺仪（gyroscope，也称作 gyro）检测什么 - 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒） - 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准确信息 在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。总有些人认为使用IMU 单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。我解释事情的方式，只需要基本的数学。我非常坚信简单的原则。我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。 我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成： - LIS331AL (datasheet) – 3轴 2G 模拟加速度计
常见的陀螺仪性能指标与解释 零偏 零偏，又称为零位漂移或零位偏移或零偏稳定性，也可简称零漂或漂移率，英文中称为drift或bias drift。零偏应理解为陀螺仪的输出信号围绕其均值的起伏或波动，习惯上用标准差（σ）或均方根（RMS）表示，一般折算为等效输入角速率(°/ h)。在角速度输入为零时，陀螺仪的输出是一条复合白噪声信号缓慢变化的曲线，曲线的峰-峰值就是零偏值（drift），如图2-6所示。在整个性能指标集中，零偏是评价陀螺仪性能优劣的最重要指标。 分辨率 陀螺仪中的分辨率是用白噪声定义的，如图2-6 中所示，可以用角随机游走来表示，可以简化为一定带宽下测得的零偏稳定性与监测带宽的平方根之比，其单位为°??1Hz，或简化为°?。角度随机游走表征了长时间累积的角
度误差。角随机游动系数反映了陀螺在此处键入公式。的研制水平，也反映了陀螺可检测的最小角速率能力，并间接反映了与光子、电子的散粒噪声效应所限定的检测极限的距离。据此可推算出采用现有方案和元器件构成的陀螺是否还有提高性能的潜力。 标度因子 标度因子是陀螺仪输出量与输入角速率变化的比值，通常用某一特定的直线斜率表示，该斜率是根据整个正(或负)输入角速率范围内测得的输入/输出数据，通过最小二乘法拟合求出的直线斜率。对应于正输入和负输入有不同的刻度因子称为刻度因子不对称，其表明输入输出之间的斜率关系在零输入点不连续。一般用刻度因子稳定性来衡量刻度因子存在的误差特性，它是指陀螺在不同输入角速率情况下能够通过标称刻度因子获得精确输出的能力。非线性往往与刻度因子相关，是指由实际输入输出关系确定的实际刻度因子与标称刻度因子相比存在的非线性特征，有时还会采用线性度，其指陀螺输入输出曲线与标称直线的偏离程度，通常以满量程输出的百分比表示。 动态范围 陀螺在正、反方向能检测到的输入角速率的最大值表示了陀螺的测量范围。该最大值除以阀值即为陀螺的动态范围，该值越大表示陀螺敏感速率的能力越强。 带宽 带宽是指陀螺能够精确测量输入角速度的频率范围，这个频段范围越大表明
光纤陀螺仪测试方法 1 范围 本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 321-1980 优先数和优先系数 CB 998 低压电器基本实验方法 GJB 585A-1998 惯性技术术语 GJB 151 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求 3 术语、定义和符号 GJB 585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。
3.1 术语和定义 3.1.1 干涉型光纤陀螺仪 interferometric fiber optic gyroscope 仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。 3.1.2 陀螺输入轴 input axis of gyro 垂直于光纤环圈等效平面的轴。当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。3.1.3 标度因数非线性度 scale factor nonlinearity 在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。 3.1.4 零偏稳定性 bias stability 当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
前几天看到官网的新规则觉得很有意思看看自己帐号注册2年多了比赛也做了2届从论坛上下了大堆资料也没给论坛贡献什么有价值的东西实在惭愧啊正好自己以前捣鼓过一段时间四轴飞行器把当时收集的一些资料发上来大家共享下吧大部分取自网络还有一部分自己的思考重要的地方用红字标明了来自网络的都用蓝字标明本人才疏学浅论坛里藏龙卧虎有不对的还请大家指正新手看看全当一个感性认识。由于时间太长就不标原文地址了大家搜搜都能搜到另外四轴飞控论坛上已经看到有人跑过去要7260 和EN—03的资料了嘿嘿数据手册其实很好找的相关资料也很多的大家多多利用搜索引擎啊 加速度传感器测的是什么？ 我觉得很多时候大家都被它的名字给误导了我觉得准确的来说它测的不是加速度至少对于mma7260这类的片子它检测的是它受到的惯性力(包括重力！重力也是惯性力)。那又有人要问了 F=ma 惯性力不就是加速度么？差矣加速度传感器实际上是用MEMS技术检测惯性力造成的微小形变注意检测的是微小形变所以你把加速度传感器水平静止放在桌子上它的Z轴输出的是1g的加速度因为它Z轴方向被重力向下拉出了一个形变可是你绝对不会认为它在以1g的加速度往下落吧你如果让它做自由落体它的Z轴输出应该是0 给个形象的说法可以把它看成是一块弹弹胶它检测的就是自己在三个方向被外力作用造成的形变。从刚才的分析可以发现重力这个东西实际是个很恶心的东西它能隔空打牛，在不产生加速度的情况下对加速度传感器造成形变，在产生加速度的时候不造成形变，而其他力都做不到。可惜的是，加速度传感器不会区分重力加速度与外力加速度。 所以，当系统在三维空间做变速运动时，它的输出就不正确了或者说它的输出不能表明物体的姿态和运动状态举个例子当一个物体在空间做自由落体时在X轴受到一个外力作用产生g的加速度这时候x y z 轴的输出分别是 g,0,0 如果这个物体被x轴朝下静止放在水平面上它x y z 轴的输出也分别是 g,0,0 所以说只靠加速度传感器来估计自己的姿态是很危险而不可取的加速度传感器有什么用？ 加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动（匀速直线运动）的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系（绝对坐标系）是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系也就是横滚角和俯仰角计算公示如下俯仰角 横滚角 陀螺仪测的是什么？ 陀螺仪可以测量角速度,具有高动态特性,但是它是一个间接测量器件,它测量的是角度的导数,角速度,显然我们要将角速度对时间积分才能得到角度看到积分我想敏感的同学马上就能发现一个致命的问题积分误差 积分误差的来源主要有两个一个是积分时间积分时间Dt越小，输出角度越准一个是器件本身的误差假设陀螺仪固定不动,理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一个偏置
介绍 本指南旨在向兴趣者介绍惯性MEMS（微机电系统）传感器，特别是加速度计和陀螺仪以及其他整合IMU（惯性测量单元）设备。 IMU单元例子：上图中MCU顶端的ACC Gyro 6DOF，名为USBThumb，支持USB/串 口通信 在这篇文章中我将概括这么几个基本并且重要的话题： - 加速度计（accelerometer）检测什么 - 陀螺仪（gyroscope，也称作gyro）检测什么 - 如何将传感器ADC读取的数据转换为物理单位（加速度传感器的单位是g，陀螺仪的单位是度/秒） - 如何结合加速度传感器和陀螺仪的数据以得到设备和地平面之间的倾角的准确信息 在整篇文章中我尽量将数学运算降低到最少。如果你知道什么是正弦、余弦、正切函数，那无论你的项目使用哪种平台你应该都会明白和运用这篇文章中的思想，这些平台如Arduino、Propeller、Basic Stamp、Ateml芯片、PIC芯片等等。总有些人认为使用IMU单元需要复杂的数学运算（复杂的FIR或IIR滤波，如卡尔曼滤波，Parks-McClellan滤波等）。你如果研究这些会得到很棒且很复杂的结果。我解释事情的方式，只需要基本的数学。我非常坚信简单的原则。我认为一个简单的系统更容易操作和监控，另外许多嵌入式设备并不具备能力和资源去实现需要进行矩阵运算的复杂算法。 我会用我设计的一个新IMU模块——Acc_Gyro Accelerometer + Gyro IMU作为例子。在下面的例子中我们会使用这个设备的参数。用这个模块作为介绍非常合适，因为它由3个设备组成： - LIS331AL (datasheet) – 3轴2G 模拟加速度计 - LPR550AL (datasheet) –双轴（俯仰、翻滚）500°/s 加速度传感器 - L Y550ALH (datasheet) –单轴（偏航）陀螺仪最后这个设备在这篇介绍中不使用，不过他在DCM Matrix implementation中有重要作用 它们一起组成了一个6自由度的惯性测量单元。这是个花哨的名字！然而，在花哨的名字后
加速度计和陀螺仪原理 MEMS 加速度计原理 技术成熟的MEMS 加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。压电式MEMS 加速度计运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运 动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。 容感式MEMS 加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标 准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极 的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。Freescale 的 MMA7660FC 这一款加速度计(3-Axis Orientation/Motion Detection Sensor)，这一款芯片也是利用这一原理设计的。datasheet 的第9 页介绍了其工作原理：当 芯片有向右的加速度时，中间的活动质量快相对于另外两块电容板向左移动， 这两平行板电容器的电容就发生了变化，从而测量出芯片运动的加速度。 热感式MEMS 加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周 边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部 形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的 移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。 由于压电式MEMS 加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS 加速度计只能感应到动态加速度，而不能感应到静态加速度，也就是我 们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应动态加速度，又能感应静态 加速度。 从上面的分析中，我们可以看到利用容感式和热感式加速度计进行定向时， 加速度计测得的加速度里面包括重力加速度在各个轴上的重力分量和动态运动 引起的加速度分量。因而，我觉得我们在利用这一类加速度计进行定向时，必
用卡尔曼滤波器”来处理加速度计数据”加速度，陀螺仪调试 关键词:SCA3000,ADIS16255，加速度计、陀螺仪数据计算处理算法，卡尔曼滤波 器、扩展卡尔曼滤波器。关键词：加速度计和陀螺仪驱 动,SCA3000,ADIS16250,ADIS16255,温度、重力加速度、角速度计算方法,SPI总 线,SCA3000模式设置(Mode、参数设置、读写,ADIS16255读写、参数设置，陀螺仪数据处理SCA3000,ADIS16255,加速度计、陀螺仪数据计算处理算法、调试结果，航空模型飞行，无人驾驶飞机，三维数据处理，XYZ角度,水平垂直仪器装置。 最近专注于GPS定位的精度算法研究。众所周知GPS有一定的误差，如果GPS 的误差在10米范围的话，远超过了车道的宽度，要想定位在车道上，确实是个难度。可以利用固定GPS基站的方式来校准精度，但还有一个问题，芯片提供的定位周期最快只有一秒。就是说，这一秒范围内的轨迹是空白的，当速度达到一定程度的时候，一秒的距离已经很远，甚至已经完成了一个快速小角度偏转动作。那么这样的话精度将会大大降低。 为了填补这一秒中的轨迹空白，于是我们增加了加速度计和陀螺仪芯片，利用两者数据推算轨迹，将轨迹周期提高到13毫秒。陀螺仪内置有DSP功能模块,精度相当的高。但加速度计在物体运动的时候，有很大的噪声。去掉这些噪声是必须的，我们选择了卡尔曼滤波器。经过滤波以后的，使得噪声有了很大的收敛。给数据的准确性提升了一个很大的台阶。 卡尔曼的5个基本公式： X(k|k-1=A X(k-1|k-1+B U(k (1 P(k|k-1=A P(k-1|k-1A' +Q (2 X(k|k=X(k|k-1+Kg(k(Z(k-H X(k|k-1 (3 Kg(k=P(k|k-1H' /(H P(k|k1H' +R4 P(k|k=(I-Kg(kHP(k|k-1 (5