加速计/陀螺仪/磁力计是什么，3轴/6轴/9轴传感器又是什么？

加速计/陀螺仪/磁力计是什么，3轴/6轴/9轴传感器又是什么？

加速度传感器（即加速度计）、角速度传感器（即陀螺仪）和磁感应传感器（即磁力计）现在被用在越来越多的设备中。 然而，很多人对这三类传感器以及它们生产的组合封装（如3轴传感器、6轴传感器、9轴传感器等）并不是很清楚。 这里简单介绍一下以及区别。

一、术语解释

首先，我们对这三个概念进行一个基本的解释。

1. 加速度计

加速度计（G-）也称为重力传感器。 它实际上可以感知任意方向的加速度（重力加速度只是地球表面垂直方向的加速度）。 加速度计是通过测量元件在某一轴上的力而得到的。 这样一来，表达的形式就是轴向加速度大小和方向（XYZ），有点类似于陀螺仪，不过陀螺仪更注重自身的旋转（原地运动），而加速度计主要是测量设备的主题。 在受力情况下，即三轴运动情况下，虽然加速度计也可能能够在一定的小范围内转换角速度，但设计原理似乎更适合空间运动判断。

2. 陀螺仪

陀螺仪（GYRO-）也称为地面传感器。 传统结构内部有陀螺仪，如下图（三轴陀螺仪）。 三轴陀螺仪的工作原理是在三维坐标系中测量陀螺转子的垂直轴。 计算物体与设备之间的角度，并计算角速度。 物体在三维空间中的运动状态由角度和角速度决定。 三轴陀螺仪可以同时测量上、下、左、右、前、后六个方向（组合方向也可以分解为三轴坐标），最终可以确定设备的运动轨迹和加速度。 也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态来确定设备当前的运动状态，是向前、向后、上、下、左、右，是加速（角速度）还是减速（角速度） ）。 一切都可以实现，但是要确定设备的方位（北、东、西、南），陀螺仪无法做到。

传统的陀螺仪是机械的。 随着技术的发展，出现了振动陀螺仪、激光陀螺仪、微机电陀螺仪等，它们在小型化、测量精度和易用性方面都有了很大的提高。 提升。

3. 磁力计

磁力计（，M-）也称为地磁、磁传感器。 可用于测试磁场的强度和方向以及定位设备的方位。 磁力计的原理与指南针类似。 可以测量当前设备以及东南、西北、西北四个方向。 角度。 因此，陀螺仪知道“我们掉头了”，加速计知道“我们已经向前移动了几米”，而磁力计知道“我们正在向西行驶”。

因此，在实际应用中，由于应用、误差修正、误差补偿的需要，往往将上述传感器组合使用，充分利用各个传感器的长处，使最终的计算结果更加准确。 例如，在计算出的方位角信息中需要同时结合磁场方向和定向运动。

2. 区分和比较

1.概念比较

• 陀螺仪就是内部有一个陀螺，它的轴由于陀螺效应始终与初始方向平行，这样就可以通过与初始方向的偏差计算出实际方向。手机里陀螺仪实际上是一个结构非常精密的芯片，内部包含超微小的陀螺。
• 加速计是用来检测手机受到的加速度的大小和方向的，而手机静置的时候是只受到重力加速度（这个高中学过）的.所以很多人把加速计功能又叫做重力感应功能。
• 磁力计是测试磁场强度和方向的。

2、原理比较

• 陀螺仪测量是参考标准是内部中间在与地面垂直的方向上进行转动的陀螺。通过设备与陀螺的夹角得到结果。
• 加速计是以内部测量组件在各个方向上的受力情况来得到结果。
• 磁力计的原理就是中学物理中涉及到的那个最简单的指南针了（那记得那根被磁化的钢针么）。

3. 应用对比

• 陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动。对设备自身运动更擅长。但不能确定设备的方位。
• 加速计的强项在于测量设备的受力情况。对设备相对外部参考物(比如，地面)的运动更擅长。但用来测量设备相对于地面的摆放姿势，则精确度不高。
• 磁力计的强项在于定位设备的方位。可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。

3. 组合套装

1. 三轴传感器

①. 三轴加速度计

三轴加速度计的工作原理是基于加速度的基本原理。 加速度是空间矢量。 一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测量其在三个坐标轴上的分量； 另一方面，没有必要提前测量。 当物体的运动方向已知时，只需使用三轴加速度传感器即可检测加速度信号。

由于三轴加速度传感器也是基于重力原理，所以三轴加速度传感器可以实现双轴正负90度倾斜角度或者双轴0-360度。 校正后，后期精度高于双轴加速度传感器且测量角度大于60度的情况。

优点：三轴加速度传感器的优点是，当事先不知道物体的运动方向时，只能用三维加速度传感器来检测加速度信号。 三维加速度传感器具有体积小、重量轻的特点，可以测量空间加速度，能够全面、准确地反映物体的运动特性。

②. 三轴陀螺仪

三轴陀螺仪：同时测量6个方向的位置、运动轨迹、加速度。 单轴陀螺仪只能测量两个方向的量，即一个系统需要三个陀螺仪，而一台三轴陀螺仪可以代替三个单轴陀螺仪。

优点：三轴陀螺仪体积小、重量轻、结构简单、可靠性好、更加灵敏、准确。

③. 三轴磁力计

三轴地磁仪又称电子罗盘，广泛应用于无人机、智能手表、导航设备等领域。

当需要检测物体运动变化时，三轴磁传感器在绝对指向方面发挥着至关重要的作用，保证了稳定飞行、辅助导航等多种功能。 因此，三轴磁传感器的可靠性是这些设备稳定运行的基石。

2. 六轴传感器

六轴传感器通常指的是三轴陀螺仪+三轴加速度计。

六轴传感器厂家：

英美森：ICM-20608、MPU-6555、MPU-6500、MPU-6000、MPU-6050...

HTC Vive VR 和 Rift VR 使用 MPU-6500

ST：6轴传感器模块...

：6 轴惯性传感单元（IMU）“”。 它由3轴MEMS角速度传感器（陀螺仪）、3轴MEMS加速度传感器和运动处理协处理器“”组成。

3. 九轴传感器

九轴传感器通常是指三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴磁力计。 还有六轴加速度传感器+三轴陀螺仪，也有六轴陀螺仪+三轴加速度计。

九轴传感器作为集成传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合在轻量化便携式电子设备和可穿戴产品中使用。 除了设备本身的精度之外，集成传感器的数据精度还涉及到焊接和组装后的校正，以及针对不同应用的匹配算法。 适当的算法可以融合多个传感器的数据，弥补单个传感器计算准确位置和姿态的缺点，从而实现高精度的运动检测。