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加速度计的数据解读及应用

作者:admin  更新时间:2017-09-15
加速度计是用来测试线性加速度的一种传感器,它具有长时间稳定的特点。但因为受到重力的影响,短时间内会有噪声。
此数据是从国外得到一个数据。讲解了一种融合加速度计和陀螺仪的姿态解算算法。把传感器设备分别围绕三个轴旋转正90度,回到起始位置,再反向旋转90度,回到起始位置。
加速度计的输出分析
对加速度计三个轴的输出进行了描述:
加速度计的数据解读及应用
从上到下,依次是X,Y,Z三个轴上的加速度数据。
我将图中用三种颜色标识了三个区域:矩形框
1-3标识区域1
2-6标识区域2
7标识区域3
其实这三个区域分别代表了三次绕不同轴旋转的过程。第一个是绕X轴正负旋转90度,第二个对应Y轴旋转,第三个对应Z轴旋转。下面逐一分析,首先看区域1,它的三个矩形分别代表了这样三个子过程:
1 绕X轴旋转90度
解释如下:当绕X轴旋转90度时,Y轴慢慢向上翘,Z轴慢慢向下靠(我擦,蛮押韵的)。当完全达到90度时,由于Y轴与重力方向刚好相反,所以Y轴的输出是1g(1g==9.8m/s^2),而Z轴的值从原来的1逐渐减小为0。这个状态估计保持了1秒钟吧,对应矩形1和2之间的平坦区域
2 回到初始位置,并反向旋转90度
解释如下:接着当回到初始位置时,Y轴数据慢慢减小为0,而Z轴数据慢慢上升为1。然后逆向旋转90度,Y轴慢慢减小,直至为-1,因为此时Y轴方向与重力方向一致了,而反应出来的加速度值应该是负值。而Z轴慢慢减小为0
3 回到初始位置
然后从逆向90度回到初始位置。此时Y轴和Z轴的数据慢慢恢复到初始值,Y轴为0,而Z轴为1分析完了X轴的旋转,其实Y轴的旋转也是类似的,就不说了。现在说说Z轴的,因为绕Z轴旋转时,相当于左右摆动90度,此时Z轴的输出始终是1,而X轴和Y轴由于是正交于重力轴的,所以输出值都是0,当然这都是在相对静止的条件下的值。
三:计算倾斜角
我们感兴趣的角度是向量R和X,Y,Z轴之间的夹角,那就令这些角度为Axr,Ayr,Azr。观察由R和Rx组成的直角三角形:
cos(Axr) = Rx / R   cos(Ayr) = Ry / R   cos(Azr) = Rz / R
其中,R = SQRT( Rx^2 + Ry^2 + Rz^2)
通过arccos()函数(cos()的反函数)我们可以计算出所需的角度:
Axr = arccos(Rx/R)   Ayr = arccos(Ry/R)   Azr = arccos(Rz/R)
加速度计的应用领域
现在很多产品都带有磁传感器,陀螺仪,加速度传感器,接近传感器,气压传感器等。这些传感器提供了各种APP、游戏、软件成为有趣的现实。 磁传感器、加速度传感器和陀螺仪通常称为惯性传感器,常用于各种设备或终端中实现姿态检测,运动检测等
再到大型的 军用设备:飞机惯导中的加速计应用,无人机的惯导的应用,火箭速度振动的监测、在工业 民用的领域:电梯的瞬时速度、碰撞试验的加速度计测量等等。