iOS 陀螺仪加速器的原理 陀螺仪测加速度的原理

imu器件简介

• 前言
• 一、加速度计
• 二、陀螺仪
• 三、磁力计
• 四、温度计
• 参考博文

前言

惯性测量单元（Inertial measurement unit，简称IMU）是测量物体在XYZ三个轴方向上姿态角和加速度的装置。市面上的6轴IMU由陀螺仪和加速度计组成，9轴IMU包括磁力计，同时，一般的IMU还内置由温度传感器。

一、加速度计

基本原理：

当质量为m的物体有a加速度时，物体具有的惯性力为ma，令F=ma，其中F可以由弹簧连接的指示器给出，这样我们就可以得到物体当前的加速度a=F/m（a中包含重力加速度）。

二、陀螺仪

基本原理：在旋转的坐标系下，物体受到科氏力的影响，科氏力是一种惯性力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述，具体视频描述可以参考这篇博文：链接: https://zhuanlan.zhihu.com/p/95837180

MEMS器件中陀螺仪普遍为音叉陀螺仪，如下图所示：

在上图中，有2个完全相同的质量块A和B，质量均为m，当他们以w角速率在相同方向旋转，以v速率在相反方向运动时，他们受到一个大小相同但方向相反的科氏力f=2mwv，同时还有一个相同的外部加速度an，对2个质量块的受力做差，可以消去外部加速度的影响，剩余2倍的科氏力F=2f=4mwv，由此可以得到陀螺的旋转速率w=F/(4mwv)。

三、磁力计

四、温度计

在imu器件出厂前，我们会标定出imu器件在不同温度下（例如0°-20°-…120°）的改正参数（零偏、刻度系数、交叉耦合系数），在使用时，根据温度计的值对标定参数进行内插，得到当前温度下得标定参数。