電子羅盤與陀螺儀

2021-06-23 06:20:38 字數 3674 閱讀 3199

psp2的六軸感測器系統(三軸加速度&3軸陀螺儀),3軸電子羅盤功能 是什麼技術? 

三軸加速器就是感應xyz(立體空間三個方向,前後左右上下)軸向上的加速,比如你突然把psp2往前推,psp2就知道你是在向前加速了,從而實現類似賽車加速的操作。三軸陀螺儀是分別感應roll(左右傾斜)、pitch(前後傾斜)、yaw(左右搖擺)的全方位動態資訊。總之三軸加速器是檢測橫向加速的,三軸陀螺儀是檢測角度旋轉和平衡的,合在一起稱為六軸感測器。3ds、iphone上都有這個功能,不過支援此功能的遊戲並不多。 三軸電子羅盤,其實就是數字指南針,在對方向作出檢測的同時也進行了一些傾角補償和溫度補償。簡言之就是檢測方向用的。

電子羅盤,也叫數字指南針,是利用地磁場來定北極的一種方法。古代稱為羅經,現代利用先進加工工藝生產的磁阻感測器為羅盤的數位化提供了有力的幫助。現在一般有用磁阻感測器和磁通門加工而成的電子羅盤。

雖然gps在導航、定位、測速、定向方面有著廣泛的應用,但由於其訊號常被地形、地物遮擋,導致精度大大降低,甚至不能使用。尤其在高樓林立城區和植被茂密的林區,gps訊號的有效性僅為60%。並且在靜止的情況下,gps也無法給出航向資訊。為彌補這一不足,可以採用組合導航定向的方法。電子羅盤產品正是為滿足使用者的此類需求而設計的。它可以對gps訊號進行有效補償,保證導航定向資訊100%有效,即使是在gps訊號失鎖後也能正常工作,做到「丟星不丟向」。

當然,隨著gps技術的發展,採用雙gps接收機作為衛星訊號感測器,利用載波測量技術和快速求解模糊度技術,精確計算出運動載體的方位角,同時可以輸出俯仰角、位置、速度以及utc等資訊 也可以實現靜止狀態給出航向資訊。目前市場典型xw-sc3600/3660定位定向系統,克服陀螺尋北的成本高、動態差和磁羅盤精度低、響應慢等缺點。

電子羅盤可以分為平面電子羅盤和三維電子羅盤。

平面電子羅盤要求使用者在使用時必須保持羅盤的水平,否則當羅盤發生傾斜時,也會給出航向的變化而實際上航向並沒有變化。雖然平面電子羅盤對使用時要求很高,但如果能保證羅盤所附載體始終水平的話,平面羅盤是一種價效比很好的選擇。

三維電子羅盤克服了平面電子羅盤在使用中的嚴格限制,因為三維電子羅盤在其內部加入了傾角感測器,如果羅盤發生傾斜時可以對羅盤進行傾斜補償,這樣即使羅盤發生傾斜,航向資料依然準確無誤。有時為了克服溫度漂移,羅盤也可內建溫度補償,最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。

三維電子羅盤由三維磁阻感測器、雙軸傾角感測器和mcu構成。三維磁阻感測器用來測量地球磁場,傾角感測器是在磁力儀非水平狀態時進行補償;mcu處理磁力儀和傾角感測器的訊號以及資料輸出和軟鐵、硬鐵補償。該磁力儀是採用三個互相垂直的磁阻感測器,每個軸向上的感測器檢測在該方向上的地磁場強度。向前的方向稱為x方向的感測器檢測地磁場在x方向的向量值;向左或y方向的感測器檢測地磁場在y方向的向量值;向下或z方向的感測器檢測地磁場在z方向的向量值。每個方向的感測器的靈敏度都已根據在該方向上地磁場的分向量調整到最佳點,並具有非常低的橫軸靈敏度。感測器產生的模擬輸出訊號進行放大後送入mcu進行處理。磁場測量範圍為±2gauss。通過採用12位a/d轉換器,磁力儀能夠分辨出小於1mgauss的磁場變化量,我們便可通過該高分辨力來準確測量出200-300mgauss的x和y方向的磁場強度,不論是在赤道上的向上變化還是在南北極的更低值位置。僅用地磁場在x和y的兩個分向量值便可確定方位值:   azimuth=arctan(y/x)   該關係式是在檢測儀器與地表面平行時才成立。當儀器發生傾斜時,方位值的準確性將要受到很大的影響,該誤差的大小取決於儀器所處的位置和傾斜角的大小。為減少該誤差的影響,採用雙軸傾角感測器來測量俯仰和側傾角,這個俯仰角被定義為由前向後方向的角度變化;而側傾角則為由左到右方向的角度變化。電子羅盤將俯仰和側傾角的資料經過轉換計算,將磁力儀在三個軸向上的向量在原來的位置「拉」回到水平的位置。   標準的轉換計算式如下:   xr=xcosα+ysinαsinβ-zcosβsinα   yr=xcosβ+zsinβ   這裡xr和yr為要轉換到水平位置的值   α為俯仰角   β為側傾角   從以上這三個計算公式可以看出,在整個補償技術中z軸向的向量扮演乙個非常重要的角色。要正確運用這些值,俯仰和側傾角的數字必須時刻更新。採用雙軸寬線性量程範圍、高解析度、溫漂係數低的陶瓷基體電解質感測器來測量俯仰角和側傾角,傾角數值經過電路板上的溫度感測器補償後得出的。編輯本段特點  總結一下,典型的數字羅盤具有以下特點:   1. 三軸磁阻效應感測器測量平面地磁場,雙軸傾角補償。   2. 高速高精度a/d轉換。   3. 內建溫度補償,最大限度減少傾斜角和指向角的溫度漂移。   4. 內建微處理器計算感測器與磁北夾角。   5. 具有簡單有效的使用者標校指令。   6. 具有指向零點修正功能。   7. 外殼結構防水,無磁。

電子羅盤的原理是測量地球磁場,如果在使用的環境中有除了有地球以外的磁場且這些磁場無法有效的遮蔽時,那麼電子羅盤的使用就有很大的問題,這時只能考慮使用陀螺來測定航向了。應用場合

水平孔和垂直孔測量、水下勘探、飛行器導航、科學研究、教育培訓、建築物定位、裝置維護、導航系統、**系統、gps備份、汽車指南針、虛擬實境。

電子羅盤的分類  隨著微電子整合技術以及加工工藝、材料技術的不斷發展。電子羅盤的研究製造與運用也達到了乙個前所未有的水平。目前電子羅盤按照有無傾角補償可以分為平面電子羅盤和三維電子羅盤,也可以按照感測器的不同分為磁阻效應感測器、霍爾效應感測器和磁通門感測器。

目前基於磁電阻感測器的電子羅盤具有體積小、響應速度快等優點,優勢明顯,是電子羅盤的發展方向。

陀螺儀,乙個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時,是不會改變的。人們根據這個道理,用它來保持方向,製造出來的東西就叫陀螺儀。陀螺儀在工作時要給它乙個力,使它快速旋轉起來,一般能達到每分鐘幾十萬轉,可以工作很長時間。然後用多種方法讀取軸所指示的方向,並自動將資料訊號傳給控制系統。

利用陀螺儀的動力學特性製成的各種儀表或裝置,主要有以下幾種:

陀螺方向儀  能給出飛行物體轉彎角度和航向指示的陀螺裝置。

陀螺羅盤  供航行和飛行物體作方向基準用的尋找並跟蹤地理子午面的三自由度陀螺儀。

陀螺垂直儀  利用擺式敏感元件對三自由度陀螺儀施加修正力矩以指示地垂線的儀表,又稱陀螺水平儀。陀螺垂直儀是除陀螺擺以外應用於航空和航海導航系統的又一種地垂線指示或量測儀表。

陀螺穩定器  穩定船體的陀螺裝置。

速率陀螺儀  用以直接測定運載器角速率的二自由度陀螺裝置。在遠距離測量系統或自動控制、慣性導航平台中使用較多。

陀螺穩定平台  陀螺穩定平台可用來穩定測量儀器、天線等,並已廣泛用於航空和航海的導航系統及火控、雷達的萬向支架支承。

陀螺儀感測器  陀螺儀感測器原本是運用到***模型上的,現在已經被廣泛運用於手機這類移動便攜裝置上(iphone的三軸陀螺儀技術)。

光纖陀螺儀  光纖陀螺儀是以光導纖維線圈為基礎的敏感元件, 由雷射二極體發射出的光線朝兩個方向沿光導纖維傳播。光傳播路徑的變,決定了敏感元件的角位移。光纖陀螺儀與傳統的機械陀螺儀相比,優點是全固態,沒有旋轉部件和摩擦部件,壽命長,動[1]態範圍大,瞬時啟動,結構簡單,尺寸小,重量輕。與雷射陀螺儀相比,光纖陀螺儀沒有閉鎖問題,也不用在石英塊精密加工出光路,成本低。

雷射陀螺儀  利用光程差來測量旋轉角速度(sagnac效應)。

mems陀螺儀    adi公司是低成本的mems陀螺儀的主要製造商.基於mems 技術的陀螺因其成本低,能批量生產,目前已經能夠廣泛應用於汽車牽引控制系統、醫用裝置、軍事裝置等低成本需求應用中。

由於光纖陀螺儀具有結構緊湊,靈敏度高,工作可靠等等優點,所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀,成為現代導航儀器中的關鍵部件。和光纖陀螺儀同時發展的除了環式雷射陀螺儀外,還有現代整合式的振動陀螺儀,整合式的振動陀螺儀具有更高的整合度,體積更小,也是現代陀螺儀的乙個重要的發展方向。

陀螺儀的學習

從陀螺儀得到x y z三個角速度後就需要通過積分來得到角度,事實上,經過簡單的積分是得不到正確的角度的,更得不到尤拉角,在這裡說一下通過的runge kunta更新四元數,從而對角速度積分得到角度的過程。四元數能到快速的發展,得益於飛行器控制與導航的發展,要求更合理的描述剛體空間的運動,以便於計算機...

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