陀螺儀是用來測量角速率的器件，在加速度功能基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步發(fā)展，構(gòu)建陀螺儀。

陀螺儀的內(nèi)部原理是這樣的：對固定指施加電壓，并交替改變電壓，讓一個(gè)質(zhì)量塊做振蕩式來回運(yùn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生科里奧利加速度，此時(shí)就可以對其進(jìn)行測量；這有點(diǎn)類似于加速度計(jì)，解碼方法大致相同，都會(huì)用到放大器。

角速率由科氏加速度測量結(jié)果決定

        - 科氏加速度 = 2 × (w × 質(zhì)量塊速度)

        - w是施加的角速率(w = 2 πf)

通過14 kHz共振結(jié)構(gòu)施加的速度（周期性運(yùn)動(dòng)）快速耦合到加速度計(jì)框架

        - 科氏加速度與諧振器具有相同的頻率和相位，因此可以抵消低速外部振動(dòng)

該機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與加速度計(jì)相似（微加工多晶硅）

信號(hào)調(diào)理（電壓轉(zhuǎn)換偏移）采用與加速度計(jì)類似的技術(shù)

施加變化的電壓來回移動(dòng)器件，此時(shí)器件只有水平運(yùn)動(dòng)沒有垂直運(yùn)動(dòng)。如果施加旋轉(zhuǎn)，可以看到器件會(huì)上下移動(dòng)，外部指將感知該運(yùn)動(dòng)，從而就能拾取到與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的信號(hào)。

上面的動(dòng)畫，只是抽象展示了陀螺儀的工作原理，而真實(shí)的陀螺儀內(nèi)部構(gòu)造是下面這個(gè)樣子，別不小心誤會(huì)了哦~

       PS：陀螺儀可以三個(gè)一起設(shè)計(jì)，分別對應(yīng)于所謂滾動(dòng)、俯仰和偏航。任何了解航空器的人都知道，俯仰是指航空器的上下方向，偏航是指左右方向，滾動(dòng)是指向左或向右翻滾。要正確控制任何類型的航空器或?qū)?，都需要知道這三個(gè)參數(shù)，這就會(huì)用到陀螺儀。它們還常常用于汽車導(dǎo)航，當(dāng)汽車進(jìn)入隧道而失去GPS信號(hào)時(shí)，這些器件會(huì)記錄您的行蹤。

       無人機(jī)在飛行作業(yè)時(shí)，獲取的無人機(jī)影像通常會(huì)攜帶配套的POS數(shù)據(jù)。從而在處理中可以更加方便的處理影像。而POS數(shù)據(jù)主要包括GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)，即傾斜攝影測量中的外方位元素：（緯度、經(jīng)度、高程、航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滾角（Kappa））。

       GPS數(shù)據(jù)一般用X、Y、Z表示，代表了飛機(jī)在飛行中曝光點(diǎn)時(shí)刻的地理位置。

      IMU中的傳感器用來感知飛行器在空中的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這有個(gè)專有名詞叫做運(yùn)動(dòng)感測追蹤，英文Motion Tracking。運(yùn)動(dòng)感測技術(shù)主要有四種基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)傳感器，下面分別說明其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)感測追蹤的原理。

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）
       IMU中使用的傳感器基本上都是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），是半導(dǎo)體工業(yè)中非常重要的一個(gè)分支。

       微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是一種先進(jìn)的制造技術(shù)平臺(tái)。微機(jī)電系統(tǒng)是微米大小的機(jī)械系統(tǒng)，是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。

       四軸飛行器上用到的加速度陀螺儀MPU6050，電子羅盤HMC5883L都是微機(jī)電系統(tǒng)，屬于傳感MEMS分支。傳感MEMS技術(shù)是指用微電子微機(jī)械加工出來的、用敏感元件如電容、壓電、壓阻、熱電耦、諧振、隧道電流等來感受轉(zhuǎn)換電信號(hào)的器件和系統(tǒng)。

加速器（G-sensors）
       加速器可用來感測線性加速度與傾斜角度，單一或多軸加速器可感應(yīng)結(jié)合線性與重力加速度的幅度與方向。含加速器的產(chǎn)品，可提供有限的運(yùn)動(dòng)感測功能。

      加速度計(jì)的低頻特性好，可以測量低速的靜態(tài)加速度。在我們的飛行器上，就是對重力加速度g（也就是前面說的靜態(tài)加速度）的測量和分析，其它瞬間加速度可以忽略。記住這一點(diǎn)對姿態(tài)解算融合理解非常重要。

      當(dāng)我們把加速度計(jì)拿在手上隨意轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，我們看的是重力加速度在三個(gè)軸上的分量值。加速度計(jì)在自由落體時(shí)，其輸出為0。為什么會(huì)這樣呢？這里涉及到加速度計(jì)的設(shè)計(jì)原理：加速度計(jì)測量加速度是通過比力來測量，而不是通過加速度。

陀螺儀（Gyros）
       陀螺儀是利用高速回轉(zhuǎn)體的動(dòng)量矩敏感殼體相對慣性空間繞正交于自轉(zhuǎn)軸的一個(gè)或二個(gè)軸的角運(yùn)動(dòng)檢測裝置。利用其他原理制成的角運(yùn)動(dòng)檢測裝置起同樣功能的也稱陀螺儀。

       陀螺儀可感測一軸或多軸的旋轉(zhuǎn)角速度，可精準(zhǔn)感測自由空間中的復(fù)雜移動(dòng)動(dòng)作，因此，陀螺儀成為追蹤物體移動(dòng)方位與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的必要運(yùn)動(dòng)傳感器。不像加速器與電子羅盤，陀螺儀不須借助任何如重力或磁場等的外在力量，能夠自主性的發(fā)揮其功能。所以，從理論上講只用陀螺儀是可以完成姿態(tài)導(dǎo)航的任務(wù)的。

       陀螺儀的特性就是高頻特性好，可以測量高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)是存在零點(diǎn)漂移，容易受溫度/加速度等的影響。

電子羅盤（E-Compasses）
       電子羅盤也叫數(shù)字指南針，磁力計(jì)，是利用地磁場來定北極的一種方法?，F(xiàn)在一般有用磁阻傳感器和磁通門加工而成的電子羅盤。

       電子羅盤可由地球的磁場來感測方向。運(yùn)用電子羅盤的消費(fèi)性電子產(chǎn)品應(yīng)用，包含在手機(jī)的地圖應(yīng)用程序顯示正確方向，或?yàn)閷?dǎo)航應(yīng)用程序提供前進(jìn)方向數(shù)據(jù)。然而，電子設(shè)備或建筑材料的磁場干擾，比地球磁場來得強(qiáng)，導(dǎo)致電子羅盤傳感器的輸出值，較容易受到各種環(huán)境因素的影響，尤其在室內(nèi)更是如此，因此，電子羅盤須要透過頻繁的校正，才能維持前進(jìn)方向數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

壓力傳感器（Barometers）
       壓力傳感器又叫做氣壓計(jì)，會(huì)藉由氣壓的變化來感測物體的相對與絕對高度，常被運(yùn)用于與運(yùn)動(dòng)、健身、方位推測等應(yīng)用有關(guān)的消費(fèi)性產(chǎn)品中，例如，可感測使用者的移動(dòng)層樓，調(diào)整地圖信息。

IMU數(shù)據(jù)主要包含了：航向角（Phi）、俯仰角（Omega）及翻滾角（Kappa）三個(gè)數(shù)據(jù)。

示意圖如下圖所示：

2、俯仰角（Omega）
       俯仰角英文縮寫是：Omega。定義為：平行于機(jī)身軸線并指向飛行器前方的向量與地面的夾角。
示意圖如下：

3、翻滾角（Kappa）
        翻滾角又叫側(cè)滾角，英文縮寫是Kappa。定義為：光軸與十周之間的夾角。
示意圖如下圖所示：

無錫慧聯(lián)信息科技有限公司是一家高新技術(shù)企業(yè)，致力于各種類型的光纖陀螺儀、MEMS陀螺儀、傾角傳感器、測斜儀、水平儀、電子羅盤、GPS、北斗導(dǎo)航以及AHRS、IMU、組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)，生產(chǎn)和銷售。特別是在光纖陀螺領(lǐng)域，公司采用獨(dú)特的數(shù)字閉環(huán)方案，擁有多項(xiàng)專利技術(shù)，是國內(nèi)具有競爭力的光纖陀螺儀供應(yīng)商之一。

       與北京大學(xué)區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家實(shí)驗(yàn)室的多方面合作，奠定了公司豐富的技術(shù)儲(chǔ)備和強(qiáng)大的研發(fā)能力，打造了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的慣導(dǎo)服務(wù)平臺(tái)。公司目前擁有應(yīng)用于油井測斜、慣性尋北、導(dǎo)航、制導(dǎo)、平臺(tái)穩(wěn)定、姿態(tài)控制等多領(lǐng)域多用途的各種精度產(chǎn)品，并具備根據(jù)客戶需求進(jìn)行研發(fā)定制的能力,歡迎來電咨詢。

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