Каковы различия между гироскопом, акселерометром и магнитометром?

В чем разница между 3-осевым гироскопом, 3-осевым акселерометром и 3-осевым магнитометром? Как работают эти датчики? Почему все 3 используются в некоторых устройствах, таких как смартфоны, планшеты, квадрокоптеры и т. Д.?

Это три датчика, которые полезны для определения положения и ориентации, но они измеряют разные вещи.

• Магнитометр измеряет магнитные поля. Поскольку Земля обладает значительным магнитным полем, магнитометр можно использовать в качестве компаса. Таким образом, полезно определить абсолютную ориентацию в плоскости NESW .
• Акселерометр измеряет ускорения. Это полезно для измерения изменений скорости (непосредственно, поскольку ускорение является первой производной по времени от скорости) и изменений положения (путем интегрирования сигнала). Они обычно используются для измерения небольших движений. Также обратите внимание, что гравитация действует как непрерывное ускорение вверх (по принципу эквивалентности Эйнштейна), поэтому многоосевой акселерометр также можно использовать в качестве датчика абсолютной ориентации в плоскости UP-DOWN .
• Гироскоп измеряет либо изменения ориентации (обычный гироскоп или интегрирующий гироскоп скорости), либо изменения скорости вращения (гироскоп скорости).

Причина, по которой эти датчики объединены, заключается в том, что они превосходят разные вещи. Например, для ориентации магнитометр имеет низкую точность для быстрого движения, но с течением времени практически не имеет дрейфа. Схема интеграции с использованием гироскопов, с другой стороны, быстро и точно реагирует на изменения, но со временем накапливает огромные ошибки. Также необходимо начать с известной ориентации, поскольку она реагирует только на изменения.

Комбинация входов для этих датчиков позволяет быстро и точно определять положение и ориентацию с небольшим отклонением во времени.

Вместе эти датчики также называются инерциальной единицей измерения, или IMU. Вы можете найти больше информации на странице Википедии для этого термина . Обратите внимание, что единица измерения не является строго инерциальной, когда вы добавляете магнитометры, но эта номенклатура широко используется.