¿Cuáles son las diferencias entre un giroscopio, un acelerómetro y un magnetómetro?

¿Cuál es la diferencia entre un giroscopio de 3 ejes, un acelerómetro de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes? ¿Cómo funcionan estos sensores? ¿Por qué se usan los 3 en algunos dispositivos como teléfonos inteligentes, tabletas, cuadricópteros, etc.?

Son tres sensores que son útiles para determinar la posición y la orientación, pero miden cosas diferentes.

• Un magnetómetro mide campos magnéticos. Debido a que la tierra tiene un campo magnético significativo, el magnetómetro puede usarse como una brújula. Como tal, es útil determinar la orientación absoluta en el plano NESW .
• Un acelerómetro mide las aceleraciones. Esto es útil para medir los cambios en la velocidad (directamente, ya que la aceleración es la primera derivada de la velocidad) y los cambios en la posición (integrando la señal). Suelen utilizarse para medir pequeños movimientos. También tenga en cuenta que la gravedad actúa como una aceleración continua hacia arriba (a través del principio de equivalencia de Einstein), por lo que también se puede usar un acelerómetro de eje múltiple como sensor de orientación absoluta en el plano ARRIBA-ABAJO .
• Un giroscopio mide cambios en la orientación (giroscopio regular o giroscopio de velocidad de integración) o cambios en la velocidad de rotación (giroscopio de velocidad).

La razón por la que estos sensores se combinan es porque se destacan en diferentes cosas. Por ejemplo, para la orientación, un magnetómetro tiene poca precisión para movimientos rápidos, pero casi cero deriva con el tiempo. Un esquema integrador que utiliza giroscopios, por otro lado, reacciona de manera rápida y precisa a los cambios, pero acumula un gran error con el tiempo. También requiere comenzar desde una orientación conocida, ya que solo reacciona a los cambios.

La combinación de las entradas a estos sensores permite una determinación de posición y orientación rápida y precisa con una baja cantidad de deriva en el tiempo.

Juntos, estos sensores también se denominan Unidad de medición inercial o IMU. Puede encontrar más información en la página de Wikipedia para este término . Tenga en cuenta que la unidad no es estrictamente hablando puramente inercial cuando agrega magnetómetros, pero esta nomenclatura se usa ampliamente.