Quais são as diferenças entre um giroscópio, acelerômetro e magnetômetro?

Qual é a diferença entre um giroscópio de 3 eixos, um acelerômetro de 3 eixos e um magnetômetro de 3 eixos? Como esses sensores funcionam? Por que os três são usados ​​em alguns dispositivos, como smartphones, tablets, quadcopters etc.?

São três sensores que são úteis para determinar a posição e a orientação, mas medem coisas diferentes.

• Um magnetômetro mede campos magnéticos. Como a Terra possui um campo magnético significativo, o magnetômetro pode ser usado como uma bússola. Como tal, é útil determinar a orientação absoluta no plano NESW .
• Um acelerômetro mede acelerações. Isso é útil para medir mudanças de velocidade (diretamente, pois a aceleração é a primeira derivada da velocidade) e mudanças de posição (integrando o sinal). Eles geralmente são usados ​​para medir pequenos movimentos. Observe também que a gravidade atua como uma aceleração contínua para cima (via princípio de equivalência de Einstein), de modo que um acelerômetro de múltiplos eixos também pode ser usado como um sensor de orientação absoluta no plano UP-DOWN .
• Um giroscópio mede alterações na orientação (giroscópio regular ou taxa de integração do giroscópio) ou alterações na velocidade de rotação (taxa do giroscópio).

A razão pela qual esses sensores são combinados é porque eles se destacam em coisas diferentes. Por exemplo, para orientação, um magnetômetro tem baixa precisão para movimentos rápidos, mas praticamente zero desvio ao longo do tempo. Um esquema de integração usando giroscópios, por outro lado, reage com rapidez e precisão às mudanças, mas acumula um grande erro ao longo do tempo. Também requer iniciar a partir de uma orientação conhecida, pois reage apenas às mudanças.

A combinação das entradas desses sensores permite uma determinação rápida e precisa da posição e orientação com uma baixa quantidade de desvio ao longo do tempo.

Juntos, esses sensores também são chamados de Unidade de Medição Inercial, ou IMU. Você pode encontrar mais informações na página da Wikipedia para este termo . Observe que a unidade não é estritamente puramente inercial quando você adiciona magnetômetros, mas essa nomenclatura é amplamente usada.