[发明专利]二维/三维角速度检测装置、方法、姿态感知设备

说明书

技术领域

本发明涉及角速度检测技术领域，特别涉及一种二维/三维角速度检测装置、方法、姿态感知设备。

背景技术

目前，计算机鼠标指针的定位大多数都依靠光学传感器或激光传感器来实现，这些传感器都基于物理光学原理，使得传感器需要依靠桌面等平台来实现。但是随着人们对办公环境和操作便捷性要求的日益提高，用户希望鼠标可以脱离对桌面的依赖，升级为空间鼠标，可以实现悬空三维操作，只需轻挥手腕，指针即可随意移动，轻松控制电脑等设备。因此，基于陀螺仪的空间鼠标应运而生。

陀螺仪技术经历了相当一段时间的发展，经典陀螺仪具有高速旋转的刚体转子，依靠自身的性能可以捕获自身的姿态。它最早是用于航海导航，后来在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪的基本原理是运用物体高速旋转时，强大的角动量使旋转轴一直稳定指向一个方向的性质，所制造出来的定向仪器。当运动方向与转轴指向不一致时，会产生相应的偏角，再根据偏角与运动的关系，得到目前运动件的运动轨迹和位置，从而实现定位的功能。

传统的陀螺仪是一个不停转动的物体，利用角动量守恒原理，其转轴的指向不随承载它的支架旋转而变化。要把这样一个不停转动的没有支撑的能旋转的物体用微机械技术在硅片衬底上加工出来，显然难上加难。为此，微电子机械系统(Micro-electromechanical Systems，MEMS)陀螺仪在基于传统陀螺仪特性的基础上利用科里奥利力(Coriolisforce)来实现了设备的小型化。科里奥利力也就是常说的哥里奥利力、科氏力，它是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述，其来自于物体运动所具有的惯性。

专利公开号为CN102043475A的中国专利申请中提供了一种空间鼠标，包括：本体、X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪、主处理芯片、信号发射单元；所述本体上设置有鼠标左、中、右键、滑动条、信号发射窗口，所述滑动条可以向主处理芯片发出指令对X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪的移动信息进行微调；所述鼠标左、中、右键可以向主处理芯片发出指令对X轴陀螺仪、Y轴陀螺仪的移动信息进行确认和处理；然后，确认/处理信息经主处理芯片处理，给所述发射单元发出发射指令；所述发射单元设置在信号发射窗口内部，发射信号从所述信号发射窗口发出。

上述陀螺仪是单轴陀螺仪，为了采集空间两个平面的角速度信息，需要两个陀螺仪垂直放置。此外，还存在两轴陀螺仪和三轴陀螺仪，一个两轴陀螺仪就可以得到空间两个平面的角速度信息，一个三轴陀螺仪就可以得到空间三个平面的角速度信息。

当陀螺仪发生旋转，即有绕输出轴(X轴)角速度(rad/s)输入时，X轴方向上受科里奥利力作用而使陀螺仪在该方向产生振动，此时陀螺仪在X轴上的位移X(t)为：

X(t)＝Acos(ω_zt-Ф_c)

其中：A=2X0*ωzωc[(1+fc2f02)+(fcf0Q0)2]12,]]>