无人机、机器人、VR上的三六九轴传感器究竟是什么？发表时间：2020-02-24 00:00来源：中国指挥与控制学会 ①加速传感器 加速传感器是测量空间中各方向加速度的。它利用一个“重力块”的惯性，传感器在运动的时候，“重力块”会对X、Y、Z方向（前后左右上下）产生压力，再利用一种压电晶体，把这种压力转换成电信号，随着运动的变化，各方向压力不同，电信号也在变化，从而判断手机的加速方向和速度大小。比如你突然把手机往前推，传感器就知道你是在向前加速了。 加速传感器厂家：精量电子(TE Sensors）、Colibrys、 苏州明皜（MiraMEMS） Kionix（被Rohm收购）、河北美泰（MT Microsystems）、上海矽睿（QST）、Silicon Designs、 矽创电子(Sitronix) 、MCUBE(砂立)等。 ②陀螺仪 陀螺仪是一种用于测量角度以及维持方向的设备，在飞行游戏，体育类游戏和第一视角类射击等游戏中，可以完整监测游戏者手的位移，从而实现各种游戏操作效果。下图是一个最基础的机械陀螺仪模型，中间金色的转子在整个仪器的运动中，它因为惯性作用不受影响，而周边三个“钢圈”则会因为设备改变姿态而改变，通过这样来检测设备当前的旋转状态。 其实，在我们的手机等电子产品中的陀螺仪并不长这个样子。它和加速传感器一样也是一个微电子元件，利用科里奥利力，通过连续震动的振子在旋转系统中的运动偏移，改变电路状态，引起相关电参数的变化，从而可以反映出左右倾斜、前后倾斜和左右摇摆等运动情况。
什么是科里奥利力？假设在一个逆时针转动的圆盘中央O点有个运动员（O点不动），要把篮球传给站在边缘A点的另一个运动员，当他沿OA直线方向投球后，A点的运动员会发现篮球向右偏转，最终落在A'点。以转动的圆盘为参照系，篮球仿佛受到一股向右的力，从而发生偏移，这个力就称为科里奥利力。
陀螺仪厂家：意法半导体(ST)、应美盛(InvenSense)、罗伯特.博世、亚德诺半导体（Analog Devices）、松下（Panasonic）、村田制作所（Murata）、精量电子(TE Sensors）、索尼（Sony）、Epson 、深迪半导体（Senodia）、水木智芯（TuMEMS）、Colibrys 、苏州明皜（MiraMEMS）、河北美泰（MT Microsystems）、上海矽睿（QST）、Silicon Designs 、MCUBE(砂立)、耐威科技（代工）等。 ③电子罗盘（地磁传感器、地磁计） 利用加速传感器和陀螺仪，基本可以描述设备的完整运动状态。但是随着长时间运动，也会产生累计偏差，不能准确描述运动姿态，比如操控画面发生倾斜。电子罗盘（地磁传感器）利用测量地球磁场，通过绝对指向功能进行修正补偿，可以有效解决累计偏差，从而修正人体的运动方向、姿态角度、运动力度和速度等。 地磁传感器厂家：AKM、朗格（Allegro MicroSystems）、微开（Micronas Semiconductor）、迈来芯（Melexis）、江苏多维科技（dowaytech）、爱知制钢（AichiSteel）、Amotech 、、苏州明皜、华工科技（代工）等。 ①三轴陀螺仪 三轴陀螺仪:同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。 单轴的只能测量两个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪，而3轴的一个就能替代三个单轴的。 优点：三轴陀螺仪体积小、重量轻、结构简单、可靠性好、更灵敏、更准确。 ②三轴加速度计 三轴加速度计是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量;另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。由于三轴加速度传感器也是基于重力原理的，因此用三轴加速度传感器可以实现双轴正负90度或双轴0-360度的倾角，通过校正后期精度要高于双轴加速度传感器大于测量角度为60度的情况。 优点：三轴加速度传感器的好处就是在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三维加速度传感器来检测加速度信号。三维加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质。 ③三轴地磁计 三轴地磁计，又称电子罗盘，在无人机、智能手表、导航设备中广泛普及和应用。针对需要侦测物体运动变化情况，三轴磁传感器承载着至关重要的绝对指向作用，为稳定飞行、辅助导航等多样化功能保驾护航。也正如此，三轴磁传感器的可靠性是这些装置稳定运作的基石。 六轴传感器通常指的是三轴陀螺仪+三轴加速度计。 六轴传感器厂家：
九轴传感器通常指的是三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴地磁计，也有六轴加速度传感器+三轴陀螺仪的，也有六轴陀螺仪+三轴加速度计的。 所谓九轴传感器，其实三种传感器的组合：3轴加速传感器、3轴陀螺仪和3轴电子罗盘（地磁传感器）。三个部分作用不同，相互配合，是我们手机、平板电脑、游戏机等电子产品中常用的运动感测追踪元件，应用于各类软件、游戏中的交互控制。
九轴传感器作为集成化传感器模块，减少了电路板和整体空间，更适合用在轻巧便携的电子设备和可穿戴产品中。集成化传感器的数据准确度除了器件本身的精度外，还涉及到焊接装配后的矫正，以及针对不同应用的配套算法。合适的算法可以将来自多种传感器的数据融合，弥补了单个传感器在计算准确的位置和方向时的不足，从而实现高精度的运动检测。 九轴传感器厂家有： 应美盛：MPU-9255、MPU-9250、MPU-9150...... MPU-9250（三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴地磁计） InvenSense的MPU-9250九轴组合传感器内部的陀螺仪+加速度传感器 Inven Sense最新的九轴组合传感器集成了新款三轴陀螺仪，采用单一种振动结构，取代前一代传感器采用三种不同结构的方法。这种新设计让三轴陀螺仪功能区域尺寸缩减了40%。该元件也集成了新的三轴磁传感器，其功能面积亦较前一代缩减了40%左右。 博世：BMX160、BMX055...... BMX160（三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴地磁计）
博世9轴动作传感器“BMX160”。这是将3加速度传感器、3轴角速度传感器及3轴地磁传感器集成于1个封装内的9轴传感器，尺寸为2.5mm×3.0mm×0.95mm，采用14针LGA封装。适于可穿戴终端及智能手机的VR（虚拟现实）应用等安装面积及耗电量存在限制的用途。 BMX055（三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴地磁计）
Bosch Sensortec的BMX055九轴组合传感器内部的三轴磁传感器 意法半导体：LSM9DS0（六轴陀螺仪+三轴加速度计）......
ST的LSM9DS0九轴组合传感器内部的加速度传感器+陀螺仪 ST的组合传感器在一颗MEMS单芯片上结合六轴陀螺仪+加速度传感器，使得此六轴功能的尺寸比先前采用两颗裸晶的方案缩小了30%以上。该款传感器采用玻璃熔融键合；但ST也会采用金-金热压键合来密封部分MEMS裸芯片，以免除密封框的采用并缩小芯片面积。 应美盛、博世、ST这三家MEMS传感器供应商拥有非常不同的供应链。Bosch与ST主要是靠自家晶圆厂生产，Bosch仅有生产ASIC元件时会委托代工厂，而ST则向Honeywell采购磁传感器芯片。至于InvenSense则是一家无晶圆厂公司，委托多个不同代工伙伴制造、封装组合传感器。 九轴传感器模块厂家： 飞兆（Fairchild）：9轴惯性模块“FMT1000系列”，由FIS1100（前面有介绍）外加3轴磁传感器、控制整体的MCU（意法半导体的基于ARM Cortex-M4的STM32）及晶振元件等组成。可用于机器人及无人机等广泛的工业设备。
FMT1000 微芯：9轴动作检测模块“MM7150”。MM7150配备博世的三轴加速度传感器和三轴磁传感器的混载IC“BMC 150”、博世的三轴陀螺仪IC“BMG 160”，以及微芯的动作信号处理器IC“SSC7150”。模块尺寸仅17mm×17mm。采用单面封装，可嵌入多种设备中。可用于机器人吸尘器、工业机器人、健康器械（理疗）、遥控器及可穿戴设备等。
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