Was sind die Unterschiede zwischen einem Gyroskop, Beschleunigungsmesser und Magnetometer?

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Was ist der Unterschied zwischen einem 3-Achsen-Gyroskop, einem 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und einem 3-Achsen-Magnetometer? Wie funktionieren diese Sensoren? Warum werden alle 3 in einigen Geräten wie Smartphones, Tablets, Quadcoptern usw. verwendet?

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Antworten:

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Es sind drei Sensoren, die zur Positions- und Orientierungsbestimmung nützlich sind, aber verschiedene Dinge messen.

  • Ein Magnetometer misst Magnetfelder. Da die Erde ein signifikantes Magnetfeld hat, kann das Magnetometer als Kompass verwendet werden. Daher ist es nützlich, die absolute Orientierung in der NESW-Ebene zu bestimmen .
  • Ein Beschleunigungsmesser misst Beschleunigungen. Dies ist nützlich, um Geschwindigkeitsänderungen (direkt, da die Beschleunigung die erste Ableitung der Geschwindigkeit ist) und Positionsänderungen (durch Integration des Signals) zu messen . Sie werden normalerweise zum Messen kleiner Bewegungen verwendet. Beachten Sie auch, dass die Schwerkraft wie eine kontinuierliche Beschleunigung nach oben wirkt (über Einsteins Äquivalenzprinzip), sodass ein mehrachsiger Beschleunigungsmesser auch als absoluter Orientierungssensor in der UP-DOWN-Ebene verwendet werden kann .
  • Ein Gyroskop misst entweder Änderungen der Ausrichtung (normaler Kreisel oder integrierender Kreisel) oder Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit (Kreisel).

Der Grund, warum diese Sensoren kombiniert werden, ist, dass sie sich in verschiedenen Dingen auszeichnen. Beispielsweise hat ein Magnetometer zur Orientierung eine geringe Genauigkeit für eine schnelle Bewegung, aber im Laufe der Zeit so gut wie keine Drift. Ein Integrationsschema, das Gyros verwendet, reagiert schnell und genau auf Änderungen, sammelt jedoch im Laufe der Zeit enorme Fehler. Es muss auch von einer bekannten Orientierung ausgehen, da es nur auf Änderungen reagiert.

Die Kombination der Eingänge zu diesen Sensoren ermöglicht eine schnelle und genaue Positions- und Orientierungsbestimmung mit einer geringen zeitlichen Abweichung.

Zusammen werden diese Sensoren auch als Inertial Measurement Unit (IMU) bezeichnet. Weitere Informationen zu diesem Begriff finden Sie auf der Wikipedia-Seite . Beachten Sie, dass die Einheit beim Hinzufügen von Magnetometern nicht rein träge ist, aber diese Nomenklatur ist weit verbreitet.

drxzcl
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Für mich ist es durchaus sinnvoll, dass ein Beschleunigungsmesser die Schwerkraft erfassen kann, aber der Zusammenhang in Ihrer Antwort besagt, dass "Linearbeschleunigungsmesser nicht-gravitative Beschleunigungen messen". Wie ist das möglich?
GetFree
Die Gravitation wird normalerweise durch Filtern entfernt, entweder in Hardware oder in der Nachbearbeitung, indem das Signal durch ein Hochpassfilter geleitet wird.
drxzcl
aber wenn es herausgefiltert ist, woher wissen sie, ob das Telefon im Hoch- oder Querformat ist?
GetFree
Insbesondere wenn es um Telefone geht, gibt es verschiedene Versionen der Messungen, auf die Sie z. B. unter Android zugreifen können. Normalerweise umfassen sie Rohwerte, gefilterte Werte (z. B. "linear") und Werte, die mit anderen Sensoren, wie z. B. Magnetometern, verschmolzen sind. Siehe zum Beispiel die Antwort auf diese Frage: stackoverflow.com/questions/7858759/…
drxzcl