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加速度计与陀螺仪:有什么区别?

加速度计与陀螺仪:有什么区别?

许多不同的感官装置用于确定物体的位置和方向。这些传感器中最常见的是陀螺仪和加速计。虽然目的类似,但他们衡量的是不同的东西。当组合成一个设备时,他们可以创建一个非常强大的信息。

陀螺仪是一种利用地球重力来帮助确定方位的装置。它的设计包括一个称为转子的自由旋转盘,安装在更大更稳定车轮中心的旋转轴上。当轴转动时,转子保持静止以指示中心的重力拉力,并且因此哪个方向“下”。

根据佐治亚州立大学的一份研究指南,“一种典型的陀螺仪是通过将一个相对较大的转子悬挂在称为万向节的三个环内制成的” 。“将这些转子安装在高质量的轴承表面上,可以确保转子内部的转矩很小。”

法国物理学家Jean-Bernard-LéonFoucault于19世纪首先发明并命名了陀螺仪。根据“ 大英百科全书”的资料,直到1908年,德国发明家H.Anschütz-Kaempfe才开发出第一种可行的罗经。它被创建用于潜水器。然后,在1909年,它被用来创建第一个自动驾驶。 

加速度计是一种紧凑型设备,用于测量非重力加速度。当它被集成到的物体从静止状态变为任何速度时,加速度计都被设计为响应与这种移动相关的振动。它使用微小的晶体,在振动发生时处于压力之下,并且从该应力产生电压以创建任何加速度的读数。加速度计是追踪量化自我运动中的健身和其他测量的设备的重要组件。

根据Ville Kaajakari的书“Practical MEMS”,第一个加速度计被称为Atwood机器,是由英国物理学家George Atwood于1783年发明的。 

两种设备之间的主要区别很简单:一个可以感知旋转,而另一个则不能。在某种程度上,加速度计可以测量静止物体相对于地球表面的方向。当在特定方向上加速时,加速度计无法区分这种情况和通过地球引力提供的加速度。如果您在飞机上使用时考虑到这一缺陷,加速度计很快就会失去其吸引力。

陀螺仪能够测量特定轴周围的旋转速度,从而保持其有效性。当测量飞机绕横滚轴的旋转速度时,它会识别实际值,直到物体稳定。利用角动量的关键原理,陀螺仪有助于指示方向。相比之下,加速度计根据振动测量线性加速度。

典型的双轴加速度计为用户提供飞机,智能手机,汽车或其他设备的重力方向。相比之下,陀螺仪旨在根据空间刚性原理确定角位置。尽管它们具有相似的目的,但每个设备的应用程序变化很大。例如,陀螺仪用于导航无人机,圆规和大船,最终有助于稳定导航。加速度计在使用中同样广泛,可以在工程,机械,硬件监控,建筑和结构监控,导航,运输甚至消费电子产品中找到。

加速度计在消费电子市场中的出现,随着iPhone等内置指南针应用程序的广泛使用,这种广泛的设备的引入促进了它在各种软件方面的普及。确定屏幕方向,充当指南针并通过简单地摇动智能手机来取消操作是依赖于加速度计的一些基本功能。近年来,它在消费电子产品中的应用现在扩展到个人笔记本电脑。

真实世界的使用最能说明这些传感器之间的差异。尽管三轴加速度计可以识别平台相对于地球表面的方向,但加速度计用于确定加速度。然而,一旦这个平台开始移动,它的读数就变得更加复杂。例如,在自由落体中,加速度计将显示零加速度。在一架飞机执行转弯60度角的情况下,三轴加速度计将记录2 G垂直加速度,完全忽略倾斜。最终,加速度计不能单独用于协助保持飞机正确定向。

加速度计可用于各种消费电子产品。例如,根据Wired的说法,第一批使用苹果iPhone 3GS的智能手机中,引入了指南针应用等功能并动摇即可撤消。

陀螺仪将用于飞机中,以帮助指示飞机滚转轴周围的旋转速度。当飞机滚动时,陀螺仪将测量非零值,直到平台水平,然后它将读取零值以指示“向下”的方向。阅读陀螺仪的最好例子就是典型飞机上的高度指示器。它由一个圆形显示屏来表示,屏幕被分成两半,上半部分蓝色表示天空,底部红色表示地面。当一架飞机转弯时,显示屏的方向将随着银行转移,以考虑地面的实际方向。

每个设备的预期用途最终会影响其在每个使用平台中的实用性。许多设备都受益于这两种传感器的存在,尽管许多设备都依赖于其中一种。根据您需要收集的信息类型 -​​ 加速度或方向 – 每个设备将提供不同的结果。

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