Jakie są różnice między żyroskopem, akcelerometrem i magnetometrem?

Jaka jest różnica między 3-osiowym żyroskopem, 3-osiowym akcelerometrem i 3-osiowym magnetometrem? Jak działają te czujniki? Dlaczego wszystkie 3 są używane w niektórych urządzeniach, takich jak smartfony, tablety, quadkoptery itp.?

Są to trzy czujniki, które są przydatne do określania pozycji i orientacji, ale mierzą różne rzeczy.

• Magnetometr mierzy pola magnetyczne. Ponieważ ziemia ma znaczące pole magnetyczne, magnetometr może być używany jako kompas. Jako takie przydatne jest określenie bezwzględnej orientacji w płaszczyźnie NESW .
• Akcelerometr mierzy przyspieszenia. Jest to przydatne do pomiaru zmian prędkości (bezpośrednio, ponieważ przyspieszenie jest pochodną prędkości po raz pierwszy) i zmian pozycji (poprzez całkowanie sygnału). Są zwykle używane do pomiaru małych ruchów. Należy również pamiętać, że grawitacja działa jak ciągłe przyspieszenie w górę (zgodnie z zasadą równoważności Einsteina), dlatego też akcelerometr wieloosiowy może być również używany jako czujnik absolutnej orientacji w płaszczyźnie GÓRA-DÓŁ .
• Żyroskop mierzy albo zmiany orientacji (żyroskop regularny lub żyroskop z szybkością całkowania), albo zmiany prędkości obrotowej (żyroskop prędkości).

Powodem, dla którego te czujniki są połączone, jest to, że wyróżniają się różnymi rzeczami. Na przykład dla orientacji magnetometr ma słabą dokładność do szybkiego ruchu, ale z czasem praktycznie zerowy dryf. Z drugiej strony schemat integracji wykorzystujący żyroskopy szybko i dokładnie reaguje na zmiany, ale z czasem kumuluje się ogromny błąd. Wymaga również rozpoczęcia od znanej orientacji, ponieważ reaguje tylko na zmiany.

Połączenie sygnałów wejściowych z tymi czujnikami pozwala na szybkie i dokładne określenie pozycji i orientacji przy niewielkim znoszeniu w czasie.

Razem czujniki te zwane są również bezwładnościowymi jednostkami pomiarowymi (IMU). Więcej informacji można znaleźć na stronie wikipedii dla tego terminu . Pamiętaj, że po dodaniu magnetometrów jednostka nie jest ściśle bezwładna, ale ta nomenklatura jest szeroko stosowana.