陀螺儀和加速度計是慣性傳感器的兩大核心元件，分別用于測量角速度和線性加速度。以下用通俗語言解析兩者的核心原理，避免公式和復(fù)雜示例。

一、陀螺儀的測量原理

核心目標：測量物體繞某軸的旋轉(zhuǎn)速率（角速度）。

原理：

1. 科里奧利效應(yīng)：

• 當一個物體在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中運動時，會受到一個垂直于運動方向和旋轉(zhuǎn)軸的“假想力”（科里奧利力），導(dǎo)致其軌跡偏轉(zhuǎn)。

• 陀螺儀通過檢測這種偏轉(zhuǎn)來計算旋轉(zhuǎn)速率。

2. MEMS陀螺儀的工作方式：

• 振動結(jié)構(gòu)：陀螺儀內(nèi)部有一個微型振動部件（如音叉或梳齒結(jié)構(gòu)），以固定頻率沿一個方向（如X軸）振動。

• 旋轉(zhuǎn)輸入：當傳感器繞另一個軸（如Z軸）旋轉(zhuǎn)時，科里奧利力會使振動部件在第三個方向（如Y軸）產(chǎn)生微小偏移。

• 信號檢測：通過電容、壓電或光學方式檢測Y軸的偏移量，換算出旋轉(zhuǎn)速率（角速度）。

特點：

• 對旋轉(zhuǎn)敏感，能實時反映物體的轉(zhuǎn)向速度。

• 長期使用可能存在零偏漂移（需定期校準）。

二、加速度計的測量原理

核心目標：測量物體沿某軸的線性加速度（運動強度）。

原理：

1. 慣性力作用：

• 當物體加速時，內(nèi)部的質(zhì)量塊因慣性保持原有運動狀態(tài)，導(dǎo)致與固定結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生相對位移或應(yīng)力。

• 加速度計通過檢測這種位移或應(yīng)力來計算加速度。

2. MEMS加速度計的工作方式：

• 質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)：加速度計內(nèi)部有一個微型質(zhì)量塊，通過彈簧與固定結(jié)構(gòu)連接。

• 加速輸入：當物體加速時，質(zhì)量塊因慣性滯后，導(dǎo)致彈簧形變或質(zhì)量塊位移。

• 信號檢測：通過電容、壓電或熱電偶檢測位移或應(yīng)力變化，換算出加速度。

特點：

• 對直線運動或重力敏感，能反映物體的運動強度或傾斜角度。

• 靜態(tài)測量穩(wěn)定，但動態(tài)響應(yīng)可能受振動干擾。

三、核心對比

四、類比說明

1. 陀螺儀：

• 類似“旋轉(zhuǎn)方向盤傳感器”：方向盤轉(zhuǎn)得越快，傳感器輸出的旋轉(zhuǎn)信號越強。

2. 加速度計：

• 類似“剎車/油門傳感器”：踩剎車或油門越用力，傳感器輸出的運動信號越強。

五、總結(jié)

• 陀螺儀：基于科里奧利效應(yīng)，通過檢測旋轉(zhuǎn)時的偏移量測量角速度，適合動態(tài)旋轉(zhuǎn)場景。

• 加速度計：基于慣性力或應(yīng)力變化，通過檢測位移或應(yīng)力測量線性加速度，適合靜態(tài)或低頻運動場景。

通過理解兩者的核心原理，可以更直觀地選擇和應(yīng)用傳感器，滿足不同場景的需求。