陀螺儀、加速計和磁力計介紹

現代移動及車載終端包含越來越多的傳感器，陀螺儀、加速計、磁力計、感光器等等，從原理上講，這些傳感器的本質都是相同的，都是把外部環境變化轉化為通信系統可理解的電信號的過程。像溫度計、光感器等傳感器，因為功能單一非常容易理解，而陀螺儀、加速計和磁力計則因為原理及結構復雜，導致實際功能出現重疊，但又各有特點和局限性，在實際應用中很容易對其應用邊界產生混淆，本文總結它們三者概念要點，如有理解錯誤，敬請指出。

一、陀螺儀

陀螺儀（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，傳統結構是內部有個陀螺，如下圖所示（三軸陀螺），三軸陀螺儀的工作原理是通過測量三維坐標系內陀螺轉子的垂直軸與設備之間的夾角，並計算角速度，通過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態。三軸陀螺儀可以同時測定上、下、左、右、前、後等6個方向（合成方向同樣可分解為三軸坐標），最終可判斷出設備的移動軌跡和加速度。

也就是說陀螺儀通過測量自身的旋轉狀態，判斷出設備當前運動狀態，是向前、向後、向上、向下、向左還是向右呢，是加速（角速度）還是減速（角速度）呢，都可以實現，但是要判斷出設備的方位（東西南北），陀螺儀就沒有辦法。

傳統的陀螺儀屬於機械式的，隨技術發展，還有出現了振動式陀螺儀、激光陀螺儀、微機電機械陀螺儀等，無論是在體積微型化、測量精度和易用性上都有大大提高。

二、加速計

加速計（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感應器，實際上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度則只是地表垂直方向加速度），加速計通過測量組件在某個軸向的受力情況來得到結果，表現形式為軸向的加速度大小和方向（XYZ），這一點又有點類似於陀螺儀，但陀螺儀的更多關注自身旋轉情況（原位運動），加速計則主要是測量設備的受力情況，也就是三軸運動情況，盡管加速計也可能在某個小范圍換算出角速度的可能，但設計原理決定似乎更適合於空間運動判斷。

三、磁力計

磁力計（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用於測試磁場強度和方向，定位設備的方位，磁力計的原理跟指南針原理類似，可以測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。所以，陀螺儀知道“我們轉了個身”，加速計知道“我們又向前走了幾米”，而磁力計則知道“我們是向西方向”的。

所以在實際應用中，由於應用、誤差修正、誤差補償需要，往往會結合使用上述傳感器，充分利用每種傳感器的特長，讓最終的運算結果更准確，比如在Android中，會同時使用磁力計和加速計來運算出Orientation（方位計），運算出的方位信息需要同時結合磁場方向和方向運動情況才能得到。

注意：

上述三種實際使用中，還會延伸出重力感應器（重力傳感器，Gravity Sensor，GV-Sensor）、線性加速度傳感器（LA-Sensor）、旋轉矢量傳感器（RV-Sensor）等綜合類型傳感器（虛擬）。實際上，方向傳感器（O-Sensor）也屬於綜合類型傳感器，這類綜合類型傳感器，就是下面參考資料中提到的"傳感器融合"概念。