重力傳感器和陀螺儀:幾種常用的傳感器(加速度傳感器、重力傳感器、方向傳感器、陀螺儀)簡介

2021/12/02 11:53 · 傳感器知識資訊 ·  · 重力傳感器和陀螺儀:幾種常用的傳感器(加速度傳感器、重力傳感器、方向傳感器、陀螺儀)簡介已關閉評論
摘要:

重力傳感器和陀螺儀:幾種常用的傳感器(加速度傳感器、重力傳感器、方向傳感器、陀螺儀)簡介現在的手機或者其他便攜設備中用到了越來越多的傳感器,什么加速度傳感器,方向傳感器、重力傳感器、陀螺儀、g-sensor、o-sensor等等,這些傳感器到底是干什么用的,各自有什么特點,彼此之間又有什么區分?本文就對他們進行簡單的對比介紹。1、加速

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重力傳感器和陀螺儀:幾種常用的傳感器(加速度傳感器、重力傳感器、方向傳感器、陀螺儀)簡介

現在的手機或者其他便攜設備中用到了越來越多的傳感器,什么加速度傳感器,方向傳感器、重力傳感器、陀螺儀、g-sensor、o-sensor等等,這些傳感器到底是干什么用的,各自有什么特點,彼此之間又有什么區分?本文就對他們進行簡單的對比介紹。

1、加速度傳感器
加速度傳感器又叫G-sensor,獲取的是x、y、z三軸的加速度數值。
該數值包含地心引力的影響,單位是m/s^2。
將手機平放在桌面上,x軸默認為0,y軸默認0,z軸默認9.81。
將手機朝下放在桌面上,z軸為-9.81。

加速度傳感器可能是最為成熟的一種mems產品,市場上的加速度傳感器種類很多。手機中常用的加速度傳感器有BOSCH(博世)的BMA系列,AMK的897X系列,ST的LIS3X系列等。這些傳感器一般提供±2G至±16G的加速度測量范圍,采用I2C或SPI接口和MCU相連,數據精度小于16bit。

2、磁力傳感器
磁力傳感器簡稱為M-sensor,返回x、y、z三軸的環境磁場數據。
該數值的單位是微特斯拉(micro-Tesla),用uT表示。也可以是高斯(Gauss),1Tesla=Gauss。
硬件上一般沒有獨立的磁力傳感器,磁力數據由電子羅盤傳感器提供(E-compass)。電子羅盤傳感器在提供磁力傳感器數據的同時,還能提供方向傳感器數據。

3、方向傳感器
方向傳感器簡稱為O-sensor,返回三軸的角度數據,方向數據的單位是角度。
如上所述,電子羅盤E-compass在獲取到G-sensor的數據之后,經過計算生產O-sensor數據以及M-sensor數據。

O-sensor提供三個數據,分別為azimuth、pitch和roll。

azimuth:方位,返回水平時磁北極和Y軸的夾角,范圍為0°至360°。0°=北,90°=東,180°=南,270°=西。pitch:x軸和水平面的夾角,范圍為-180°至180°。當z軸向y軸轉動時,角度為正值。roll:y軸和水平面的夾角,由于歷史原因,范圍為-90°至90°。當x軸向z軸移動時,角度為正值。
電子羅盤在獲取正確的數據前需要進行校準,通??捎?字校準法。8字校準法要求用戶使用需要校準的設備在空中做8字晃動,原則上盡量多的讓設備法線方向指向空間的所有8個象限。

4、陀螺儀傳感器
陀螺儀傳感器叫做Gyro-sensor,返回x、y、z三軸的角加速度數據。
角加速度的單位是radians/second。

根據Nexus S手機實測:
水平逆時針旋轉,Z軸為正。
水平逆時針旋轉,z軸為負。
向左旋轉,y軸為負。
向右旋轉,y軸為正。
向上旋轉,x軸為負。
向下旋轉,x軸為正。

5、重力傳感器
重力傳感器簡稱GV-sensor,輸出重力數據。
在地球上,重力數值為9.8,單位是m/s^2。
坐標系統與加速度傳感器相同。
當設備復位時,重力傳感器的輸出與加速度傳感器相同。

6、線性加速度傳感器
線性加速度傳感器簡稱LA-sensor。
線性加速度傳感器是加速度傳感器減去重力影響獲取的數據。
單位是m/s^2,坐標系統與加速度傳感器相同。
加速度傳感器、重力傳感器和線性加速度傳感器的計算公式如下:
加速度 = 重力 + 線性加速度。

7、旋轉矢量傳感器
旋轉矢量傳感器簡稱RV-sensor。
旋轉矢量代表設備的方向,是一個將坐標軸和角度混合計算得到的數據。
RV-sensor輸出三個數據:

x*sin(theta/2)y*sin(theta/2)z*sin(theta/2)
sin(theta/2)是RV的數量級。
RV的方向與軸旋轉的方向相同。
RV的三個數值,與cos(theta/2)組成一個四元組。

RV的數據沒有單位,使用的坐標系與加速度相同。

舉例:

sensors_event_t.data[0] = xsin(theta/2)
sensors_event_t.data[1] = ysin(theta/2)
sensors_event_t.data[2] = z*sin(theta/2)
sensors_event_t.data[3] = cos(theta/2)

GV、LA和RV的數值沒有物理傳感器可以直接給出,需要G-sensor、O-sensor和Gyro-sensor經過算法計算后得出。

重力傳感器和陀螺儀:手機中的傳感器:重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤和光線距離感應器

  智能手機之所以受到大家的歡迎,與其具有的娛樂功能分不開,使得它不僅僅是個通話的工具。智能手機支持那么多的娛樂應用,歸根結底在于它里面集成的各類傳感器,主要有重力感應器、加速度傳感器、陀螺儀、電子羅盤和光線距離感應器等等。下面帶大家了解一下他們各自的用處。
本文引用地址:
  重力感應器
  重力感應器算出現比較早的手機傳感器?,F在,大多數主流智能機都裝有這個配置。在iOS、Android平臺中,很多游戲都運用到重力感應器,比如極品飛車系列、現代戰爭系列等等,它們帶給用戶新鮮的體驗。何謂重力感應技術呢?簡單來說它是基于壓電效應,通過測量內部一片重物重力正交兩個方向分力的數值,這樣判別水平方向。一般手機系統默認重力感應的中心為水平放置。但是在應用中,用戶在娛樂時難以做到讓手機永遠保持水平姿勢。所以,用戶也可以自己選擇設置持握狀態下的中心。但是如果手機只裝配了重力感應器的話,那它最多只能感應傾斜90度,如果再加上三軸加速度傳感器,那就擴展到360度了。接下來我們說下三軸加速度傳感器。
  三軸加速度傳感器
  它是手機中另一個非常重要的傳感器,可以根據重力感應產生的加速度來推算出手機相對于水平面的傾斜度。所以,有時人們把它與重力感應器相混淆。下面說下它們之間的不同點。第一,MEMS三軸加速度傳感器可以感知內容有重力、手機的靜態姿態以及運動方向等。第二,裝有加速度傳感器的手機屏幕會隨著角度的不同智能旋轉,手機中甩歌功能、微信中搖一搖都是利用它實現的。此外,游戲中也經常需要用到它,賽車中的漂移觸發就是來源于此。
  電子羅盤
  電子羅盤可以用來感知方位,這在無GPS信號或網絡狀態不好的時候,很有用處。它是通過地球磁場來進行分辨的,緊急情況下可以當作指南針使用,感知東南西北的方向。
  三軸陀螺儀
  第一個裝配陀螺儀的當屬大紅的iPhone 4了,它帶給用戶以外的驚喜。最早,陀螺儀大多應用于直升飛機中,以保持飛機姿態,塊頭也比較大。有了MEMS技術之后,把它的體積變小很多,可以集成到手機里面,價格也降低很多。它是利用角動量守恒原理,可以判別物體在空間中的相對位置、方向、角度和水平的變化。啟用陀螺儀之后,需要不斷轉動身體進行操作,這也給用戶帶來一種實戰的感覺。著名游戲現代戰爭3就是靠陀螺儀來進行瞄準射擊的,喜歡玩的朋友一定不會陌生,誰玩誰知道啊。
  光線距離感應器
  最后,我們說下光線距離感應器。它是利用光線傳感器進行實現的,通過識別外界光線的強弱讓屏幕亮度自動調節。距離感應器也叫做位移傳感器,它是通過感應傳感器到用戶間的距離變化來實現操作。通常,它位于聽筒附近,當我們在接聽或撥打電話的時候,距離感應器通過測量耳朵與聽筒之間的距離,讓屏幕顯示的自動開啟和關閉,達到節約電池電量的目的。
  在觀看很多用戶對手機傳感器的疑惑之后,決定寫這篇文章,希望可以讓大家更多的了解手機傳感器。正是由于它們的存在,讓我們與手機有了更加完美的互動,溝通更加的便捷。

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重力傳感器和陀螺儀:重力感應和陀螺儀有什么區別

  他們的區別就是重力感應是一種加速度力,而陀螺儀是檢測圍繞某軸的旋轉動作。重力感應和陀螺儀都是慣性傳感器。前者,內部的測量對象是加速度力;后者,內部測量柯氏力。前者告訴你物體動沒動,往哪個方向動了?后者告訴你動起來的物體轉了嗎?怎么轉的,轉了多少度? (多軸的重力感應也可以檢測到物體切向于豎直方向的轉動,但角度判斷起來很困難。)  陀螺儀是干什么用的?
  涉及到陀螺儀的地方很多,例如:  1、智能手機游戲,過小幅度的傾斜、偏轉控制手機的方向和視野?,F在部分游戲使用了陀螺儀,比如,現代戰爭,都市賽車,終極纏繞等。
  2、GPS衛星導航:當駕車或者城市死角,無法接受到GPS訊號時可以通過陀螺儀來測量當前偏轉的角度從而調整駕駛或步行的方向,從而繼續導航。
  3、視頻防抖:陀螺儀可以測量出手機翻轉的角度,再通過軟件技術降低抖動給錄像帶來的傷害。
  4、翻轉:手機晃動幾下打開某些應用比如實現接聽電話或者歌曲的下一首等。
  陀螺儀在3D游戲上面的使用多些,陀螺儀也是一個通過動作感應控制的,它不僅能讓你玩游戲的體驗更爽更真實,更將現實世界展現在你面前。使用時需要耗費一定的體力,宅男和宅女可多體驗,已起到活動脛骨的效果。
  由于現在使用陀螺儀的手機機型比較少,使用陀螺儀的手機有:iPhone系列手機、三星蓋世系列智能手機,谷歌手機,
小米2等,所以導致APP應用開發者沒有大規模的針對它去做開發,他們為了適應于絕大多數手機,都是使用重力感應去做APP應用開發的,所有大大降低了沒有陀螺儀的影響。陀螺儀的影響也就在幾個游戲上面,而且這些游戲也考慮到沒有陀螺儀的機型,都添加有屏幕控制視野。只是無法體驗陀螺儀給我們帶來的手機搖擺的樂趣。

重力傳感器和陀螺儀:陀螺儀和重力傳感器的區別

陀螺儀和重力傳感器有什么區別呢?區別很多,但最大的區別就是重力傳感對于空間上的位移感受維較少,能做到6個方向的感應就已經很不錯了,而陀螺儀則是全方位的。這很重要,毫不夸張的說,這兩者不是一個級別上的產品。
可能看到這里,大家還是會覺得有些迷惑,既然陀螺儀很厲害,那么它在手機上到底有什么用呢?我們不妨來看看。
第一大用途,導航。陀螺儀自被發明開始,就用于導航,先是德國人將其應用在V1、V2火箭上,因此,如果配合GPS,手機的導航能力將達到前所未有的水準。實際上,目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀,如果手機上安裝了相應的軟件,其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。
第二大用途,可以和手機上的攝像頭配合使用,比如防抖,這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。
第三大用途,各類游戲的傳感器,比如飛行游戲,體育類游戲,甚至包括一些第一視角類射擊游戲,陀螺儀完整監測游戲者手的位移,從而實現各種游戲操作效果。有關這點,想必用過任天堂WII的兄弟會有很深的感受。
第四大用途,可以用作輸入設備,陀螺儀相當于一個立體的鼠標,這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似,甚至可以認為是一種類型。
第五大用途,也是未來最有前景和應用范圍的用途。下面重點說說。那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是近期才冒出的概念,和虛擬現實一樣,是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力,讓人們對現實中的一些物體有跟深入的了解。如果大家不理解,舉個例子,前面有一個大樓,用手機攝像頭對準它,馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關參數,比如樓的高度,寬度,海拔,如果連接到數據庫,甚至可以得到這座大廈的物主、建設時間、現在的用途、可容納的人數等等。
這種增強現實技術可不是用來滿足大家的好奇心,在實際生產上,其用途非常廣泛,比如蓋房子,用手機一照,就知道墻是否砌歪了?歪了多少?
再比如,假如您是一位伊拉克抵抗美軍的戰士,平時只需要揣著一部此類手機,去基地那里轉轉,出來什么坦克,裝甲車或者直升機,用手機對準拍下,馬上就能判斷出武器的型號,速度、運動方向……要真那樣,以后美軍真的要陷入人民戰爭的汪洋大海中,因為每個同情反抗組織的平民都可能是軍事行家和高效率的偵察兵。
其實對于增強現實技術來說,所能實現的功能遠遠不止于此,只是限于篇幅,另外也限于想象力,不能列出更多。但是,這類的軟件今后肯定是層出不窮,因為各行業都有其應用的范圍。
對于安裝了陀螺儀、攝像頭、以及各種傳感器的手機來說,它已經由通訊工具轉為娛樂中心,再提升為高效率生產工具,一旦到了那一天,只怕那些經常宣稱“我買手機就是打電話發短信”的人們,將被視為從侏羅紀來的怪物。

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