3軸加速度傳感器和磁傳感器和陀螺儀的功能特點(diǎn)

　　3軸加速度傳感器、磁傳感器和陀螺儀是目前消費(fèi)電子中應(yīng)用最普遍的傳感器，基于它們各自獨(dú)立測(cè)量中的劣勢(shì)，它們相互補(bǔ)充，更好的為用戶服務(wù)，下面就這些傳感器的功能特點(diǎn)做下簡(jiǎn)要介紹。

　　3軸加速度傳感器

　　加速度傳感器通過(guò)測(cè)量給定直線軸向的彈簧上的力來(lái)檢測(cè)直線加速度和重力矢量。加速度傳感器是第一種出現(xiàn)在大批量應(yīng)用中的MEMS傳感器，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車中的氣囊部署、照相機(jī)中的圖像防抖和筆記本中的自由落體檢測(cè)等功能。現(xiàn)在基于許多理由，加速度傳感器已經(jīng)在智能手機(jī)和平板電腦中十分普及，包括檢測(cè)設(shè)備朝向、將屏幕從豎屏調(diào)整到橫屏然后再調(diào)整回來(lái)等功能。

　　加速度傳感器在運(yùn)動(dòng)跟蹤方面有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)：

　　1、加速度傳感器不能建立絕對(duì)或相對(duì)的航向。當(dāng)安裝在一個(gè)固定的設(shè)備中時(shí)，3軸加速度傳感器可以測(cè)量單個(gè)加速度軸上的加速度。當(dāng)處于固定狀態(tài)時(shí)，可以根據(jù)垂直重力加速度矢量計(jì)算出滾動(dòng)和傾斜角度。然而，航向是圍繞Z軸得到的，無(wú)法從重力矢量計(jì)算出航向。因此，加速度傳感器不能提供航向。

　　2、加速度傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)太過(guò)敏感，極易導(dǎo)致手的抖動(dòng)。在短時(shí)間內(nèi)這是非常令人惱火的，因?yàn)樗馕吨鈽?biāo)或屏幕渲染的目標(biāo)也會(huì)抖動(dòng)。幾分鐘以上的抖動(dòng)將導(dǎo)致顯著的累積方向或位置誤差，特別是當(dāng)加速度傳感器的噪聲與抖動(dòng)在相同數(shù)量級(jí)時(shí)。目前廣泛使用的低成本消費(fèi)級(jí)加速度傳感器的噪聲要比價(jià)格更高、體積更大、功耗更高的工業(yè)級(jí)加速度傳感器大得多。

　　3軸磁傳感器

　　磁傳感器用于測(cè)量地球的磁場(chǎng)，進(jìn)而推導(dǎo)出航向。歷史上曾用于羅盤的地磁傳感器如今被大批量用于種類廣泛的應(yīng)用，包括汽車羅盤、手表、雷達(dá)探測(cè)器、傳動(dòng)軸和機(jī)器人。然而，真正廣泛的采用起始于iPhone3GS，它是美國(guó)首款包含羅盤并得到廣泛普及的智能手機(jī)。

　　磁傳感器的主要問(wèn)題是它們測(cè)量所有磁場(chǎng)，不僅是地球磁場(chǎng)。例如，像電池或含鐵元件等系統(tǒng)元件將干擾傳感器附近的磁場(chǎng)。這些被認(rèn)為是系統(tǒng)內(nèi)的固定干擾，可以通過(guò)校準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償。磁傳感器更大的問(wèn)題是改變局部磁場(chǎng)會(huì)臨時(shí)性地干擾航向信息。桌椅上的金屬部件、開過(guò)的汽車、附近的其它手機(jī)和電腦、窗框、建筑物內(nèi)的雷達(dá)等物件都會(huì)干擾讀數(shù)。補(bǔ)償這些磁場(chǎng)和其它瞬時(shí)地磁異常要求開發(fā)出復(fù)雜的算法，以便有效地將地球的磁場(chǎng)與其它臨時(shí)性“侵入”磁場(chǎng)區(qū)分開來(lái)。

　　陀螺儀

　　陀螺儀可以測(cè)量圍繞軸的旋轉(zhuǎn)角速度，并通過(guò)推導(dǎo)得到圍繞軸的旋轉(zhuǎn)角度。從20世紀(jì)早期推出以來(lái)，陀螺儀已經(jīng)從巨大的銅制臺(tái)式模型縮小到今天的低成本低功耗小型MEMS芯片，可以安裝在指甲蓋下方。消費(fèi)級(jí)陀螺儀于90年代中期最先集成進(jìn)Gyration公司的AirMouse，后來(lái)MEMS陀螺儀被廣泛用于羅技的MXAir定點(diǎn)設(shè)備和LG的智能電視機(jī)遙控器等產(chǎn)品中。任天堂的Wii通過(guò)在MotionPlus控制器中增加陀螺儀進(jìn)一步增強(qiáng)了游戲體驗(yàn)。陀螺儀還被添加進(jìn)iPhone3GS中，用于擴(kuò)展游戲潛能，改進(jìn)基于位置的服務(wù)(LBS)功能的可用性。

　　就跟加速度傳感器一樣，陀螺儀也有不足：

　　1、陀螺儀不能提供絕對(duì)基準(zhǔn)。因?yàn)檫@個(gè)原因，它們通常與加速度傳感器一起使用，由加速度傳感器提供向“下”的絕對(duì)基準(zhǔn)，從而也為傾斜和滾動(dòng)讀數(shù)提供絕對(duì)基準(zhǔn)。陀螺儀經(jīng)常還要與地磁傳感器一起使用，由后者提供航向的絕對(duì)基準(zhǔn)。

　　2、陀螺儀的零偏或零偏移會(huì)隨時(shí)間漂移。如果不及時(shí)校正，將成為系統(tǒng)誤差的一個(gè)主要來(lái)源。即使系統(tǒng)實(shí)際處于停止?fàn)顟B(tài)，陀螺儀輸出也會(huì)報(bào)告系統(tǒng)在移動(dòng)。