MEMS陀螺仪的简单应用演进及应用的不足之处

陀螺仪,也称为回转仪,或角速度传感器。能够用来测量围绕轴的旋转角速度,并通过推导得到围绕轴的旋转角度。从20世纪早期推出以来,陀螺仪已经从巨大的铜制台式模型缩小到今天的低成本低功耗小型MEMS芯片,可以安装在指甲盖下方。

  在过去几年中,运动传感器技术已经开始遍地开花,智能手机、电视遥控器和各种可穿戴设备,都是运动传感器的热门应用。而这其中,陀螺仪这类常见的运动传感器,是很多传感器应用设备的热门选择。


陀螺仪芯片

  陀螺仪的开发与演进简介

  陀螺仪,也称为回转仪,或角速度传感器。能够用来测量围绕轴的旋转角速度,并通过推导得到围绕轴的旋转角度。从20世纪早期推出以来,陀螺仪已经从巨大的铜制台式模型缩小到今天的低成本低功耗小型MEMS芯片,可以安装在指甲盖下方。

  消费级别的陀螺仪于20世纪90年代中期,最先集成进Gyration公司的AirMouse,后来MEMS陀螺仪被广泛用于罗技的MXAir定点设备和LG智能电视机遥控器等产品中。任天堂的Wii通过在Motion Plus控制器中增加陀螺仪,进一步增强了游戏体验。目前,陀螺仪还被添加进iPhone中,用于扩展游戏潜能,改进基于位置的服务(LBS)功能的可用性。


图一:陀螺仪随时间的偏移变化示意图。

  浅谈陀螺仪自身应用的不足之处

  跟加速度传感器一样,陀螺仪自身也有一些不足之处,主要体现在:

  首先,陀螺仪不能提供绝对的基准。因为这个原因,它们通常与加速度传感器一起使用,由加速度传感器提供向“下”的绝对基准,从而也为倾斜和滚动读数提供绝对基准。陀螺仪经常还要与地磁传感器一起使用,由后者提供航向的绝对基准。


图二:由于陀螺仪零偏变化引起的航向误差。

  另外一个重要的不足之处,便是陀螺仪的零飘,或零偏移会随时间漂移。如果不及时校正,将成为系统误差的一个主要来源。例如,即使系统实际处于停止状态,陀螺仪输出也会报告系统在移动。作为参考,错误零偏读数为0.07°,对消费级陀螺仪来说这是分辨率的极限,在30秒后将导致2.1°的误差。上图一显示了在8分钟周期内典型的未校正零偏变化,而图二则显示了这种误差是如何转变成航向的。

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