加速计/陀螺仪/磁力计是什么，3轴/6轴/9轴传感器又是什么？

现在越来越多的设备中都用到了加速度传感器（即加速计）、角速度传感器（即陀螺仪）、磁感应传感器（即磁力计）。但是很多人对这3类传感器，以及它们所产生的组合套装（比如3轴传感器、6轴传感器、9轴传感器等）不是很清楚，下面就进行一下简单的介绍和区分。

一、名词解释

首先对这3个概念进行一下基本的解释。

1、加速计

加速计（Accelerometer、G-Sensor）也叫重力感应器，实际上是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速计通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（XYZ），这一点又有点类似于陀螺仪，但陀螺仪的更多关注自身旋转情况（原位运动），加速计则主要是测量设备的受力情况，也就是三轴运动情况，尽管加速计也可能在某个小范围换算出角速度的可能，但设计原理决定似乎更适合于空间运动判断。

2、陀螺仪

陀螺仪（Gyroscope、GYRO-Sensor）也叫地感器，传统结构是内部有个陀螺，如下图所示（三轴陀螺），三轴陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，并计算角速度，通过夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。三轴陀螺仪可以同时测定上、下、左、右、前、后等6个方向（合成方向同样可分解为三轴坐标），最终可判断出设备的移动轨迹和加速度。也就是说陀螺仪通过测量自身的旋转状态，判断出设备当前运动状态，是向前、向后、向上、向下、向左还是向右呢，是加速（角速度）还是减速（角速度）呢，都可以实现，但是要判断出设备的方位（东西南北），陀螺仪就没有办法。

传统的陀螺仪属于机械式的，随技术发展，还有出现了振动式陀螺仪、激光陀螺仪、微机电机械陀螺仪等，无论是在体积微型化、测量精度和易用性上都有大大提高。

3、磁力计

磁力计（Magnetic、M-Sensor）也叫地磁、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，定位设备的方位，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。所以，陀螺仪知道“我们转了个身”，加速计知道“我们又向前走了几米”，而磁力计则知道“我们是向西方向”的。

所以在实际应用中，由于应用、误差修正、误差补偿需要，往往会结合使用上述传感器，充分利用每种传感器的特长，让最终的运算结果更准确，比如在Android中，会同时使用磁力计和加速计来运算出Orientation（方位计），运算出的方位信息需要同时结合磁场方向和方向运动情况才能得到。

二、区分对比

1、概念对比

• 陀螺仪就是内部有一个陀螺，它的轴由于陀螺效应始终与初始方向平行，这样就可以通过与初始方向的偏差计算出实际方向。手机里陀螺仪实际上是一个结构非常精密的芯片，内部包含超微小的陀螺。
• 加速计是用来检测手机受到的加速度的大小和方向的，而手机静置的时候是只受到重力加速度（这个高中学过）的.所以很多人把加速计功能又叫做重力感应功能。
• 磁力计是测试磁场强度和方向的。

2、原理对比

• 陀螺仪测量是参考标准是内部中间在与地面垂直的方向上进行转动的陀螺。通过设备与陀螺的夹角得到结果。
• 加速计是以内部测量组件在各个方向上的受力情况来得到结果。
• 磁力计的原理就是中学物理中涉及到的那个最简单的指南针了（那记得那根被磁化的钢针么）。

3、应用对比

• 陀螺仪的强项在于测量设备自身的旋转运动。对设备自身运动更擅长。但不能确定设备的方位。
• 加速计的强项在于测量设备的受力情况。对设备相对外部参考物(比如，地面)的运动更擅长。但用来测量设备相对于地面的摆放姿势，则精确度不高。
• 磁力计的强项在于定位设备的方位。可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。

三、组合套装

1、三轴传感器

①、三轴加速计

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。

②、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，加速度。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。

③、三轴磁力计

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。

2、六轴传感器

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：

应美盛：ICM-20608、MPU-6555、MPU-6500、MPU-6000、MPU-6050……

HTC Vive VR和Oculus Rift VR上就采用了MPU-6500

ST：6轴传感器模块LSM330DL……

飞兆：6轴惯性检测单元（IMU）“FIS1100”。FIS1100由3轴MEMS角速度传感器（陀螺仪）、3轴MEMS加速度传感器及动作处理用协处理器“AttitudeEngine”构成。

3、九轴传感器

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。

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。