Quali sono le differenze tra giroscopio, accelerometro e magnetometro?

Qual è la differenza tra un giroscopio a 3 assi, l'accelerometro a 3 assi e il magnetometro a 3 assi? Come funzionano questi sensori? Perché tutti e 3 vengono utilizzati in alcuni dispositivi come smartphone, tablet, quadricotteri ecc.?

Sono tre sensori che sono utili per determinare la posizione e l'orientamento, ma misurano cose diverse.

• Un magnetometro misura i campi magnetici. Poiché la terra ha un campo magnetico significativo, il magnetometro può essere utilizzato come bussola. Pertanto, è utile determinare l'orientamento assoluto nel piano NESW .
• Un accelerometro misura le accelerazioni. Ciò è utile per misurare le variazioni di velocità (direttamente, poiché l'accelerazione è la prima derivata della velocità) e le variazioni di posizione (integrando il segnale). Di solito sono utilizzati per misurare piccoli movimenti. Si noti inoltre che la gravità agisce come un'accelerazione continua verso l'alto (tramite il principio di equivalenza di Einstein), quindi un accelerometro ad assi multipli può essere utilizzato anche come sensore di orientamento assoluto sul piano SU-GIÙ .
• Un giroscopio misura i cambiamenti di orientamento (giroscopio normale o giroscopio a velocità integrata) o i cambiamenti nella velocità di rotazione (giroscopio a frequenza).

Il motivo per cui questi sensori sono combinati è perché eccellono in cose diverse. Ad esempio, per l'orientamento, un magnetometro ha una scarsa precisione per un movimento rapido, ma praticamente una deriva zero nel tempo. Uno schema di integrazione che utilizza giroscopi, d'altra parte, reagisce rapidamente e con precisione ai cambiamenti, ma accumula nel tempo un vasto errore. Richiede inoltre di partire da un orientamento noto, poiché reagisce solo ai cambiamenti.

La combinazione degli ingressi di questi sensori consente una determinazione rapida e precisa della posizione e dell'orientamento con una bassa deviazione nel tempo.

Insieme, questi sensori vengono anche definiti Unità di misura inerziale o IMU. Puoi trovare maggiori informazioni sulla pagina di Wikipedia per questo termine . Si noti che l'unità non sta parlando in senso strettamente inerziale quando si aggiungono magnetometri, ma questa nomenclatura è ampiamente utilizzata.