是否需要将陀螺仪放置在旋转中心?

电器工程 陀螺仪
2022-01-12 11:11:15

使用陀螺仪芯片测量角速度时,它是否位于旋转中心是否重要?

我在网上看到它没有太多解释它应该放在中心,但是在我的物理入门课程中,我了解到刚体上每个点的角速度都是相同的。维基百科似乎在Angular velocity的最后一部分证实了这一点,但我不确定我是否正确解释了它。

我预计在陀螺仪测量中通常会有一些加速度项的非理想耦合——这是主要问题吗?

我有什么明显的遗漏吗?

2个回答

我只是通过“思考”来检查这一点,并注意到,对于理想的刚体(!),放置它的位置并不重要。

我只是想象这样的:

  • 您在一根棍子的每一侧都有一个陀螺仪(陀螺仪的轴彼此平行)。
  • 您将摇杆围绕一端旋转(例如 x 轴旋转 90°)。
  • 观察:从另一个陀螺仪的中心看,其他轴也围绕相同的轴、相同的方向旋转 90°。

理论与实际的“刚体”:

  1. 你不会有一个理想的刚体。你的材料至少有点柔韧......
  2. 如果您想组合来自 2 个传感器(例如加速度计/陀螺仪)的数据,则两个传感器的轴应该指向同一方向(或者您需要更复杂的数学运算)。并且这种耦合应该非常紧密,例如不灵活或不摆动(否则你会测量很多垃圾);规则:距离越长,这些影响的影响越大。

您可能想要测量某物的方向/位置(例如飞机的机翼或四轴飞行器的“机身”)。所以陀螺仪应该固定在那个位置。

PS:感谢您指出我这个问题。这对我有很大帮助(需要那些传感器进行研究)。

是的,这是有原因的。例如,考虑飞机的俯仰角。如果平面向上倾斜 20 度,则平面中心的角度为 20 度。如果陀螺仪安装在机头……仍然是 20 度。整个平面向上倾斜 20 度,因此在哪里测量它并不重要。所以这导致许多人断言安装点无关紧要。

但是,请注意,当陀螺仪在中心时,它一直在承受 1g,与俯仰无关。如果陀螺仪在机头中,它在俯仰时会受到正 g 力,在飞机向下俯仰时会受到负 g 力。由于较小的不对称性,陀螺仪通常对重力和振动都有一定的敏感性。

以 Analog Devices 的此应用笔记为例: http ://www.analog.com/media/en/technical-documentation/technical-articles/MS-2158.pdf

据此,廉价陀螺仪(以及模型飞机中的任何东西都会“便宜”)的g灵敏度可以约为0.3度/秒/G。好吧,这不是很多。如果您的飞机机头在 0.5 秒内上仰 20 度时经历 3g(这似乎是一个相当剧烈的颠簸),那么旋转为 40 度/秒,由于 g 灵敏度导致的误差项将是 3g * 0.3 或大约1度/秒。那只是2.5%的错误。嗯,这不是很多,但也不是微不足道的。从应用说明中可以看出,其他组件的 G 灵敏度较低。

所以底线是 - 是的,它背后有一些理论。如果您想保守一点,请将其安装在中间。但我怀疑你会注意到典型实践中的差异。此外,不同的 MEMS 组件是不同的,需要一些研究和计算才能确定在您的应用中的确切意义。