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- 加速度傳感器技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/7/20
- 加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子器件。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，即地球引力、重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。加速度計(jì)有兩種：一種是角加速度計(jì)，由陀螺儀（角速度傳感器）改進(jìn)而來；另一種就是線加速度計(jì)。
加速度傳感器的應(yīng)用
通過測(cè)量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對(duì)于水平面的傾斜角度。通過分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。加速度傳感器可以幫助機(jī)器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，還可以測(cè)量牽引力產(chǎn)生的加速度。
目前最新IBM Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器，能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)出筆記本在使用中的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能地選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度地保護(hù)由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦造成的硬盤損害，最大程度地保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個(gè)用處就是目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，也有加速度傳感器，用來檢測(cè)拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。
概括起來，加速度傳感器可應(yīng)用在：控制，手柄振動(dòng)和搖晃，儀器儀表，汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)，地震檢測(cè)，報(bào)警系統(tǒng)，鼠標(biāo)，玩具，結(jié)構(gòu)物和環(huán)境監(jiān)視，工程測(cè)振，地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。
加速度傳感器的工作原理
線加速度計(jì)的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(慣性力)／M(質(zhì)量)我們只需要測(cè)量F就可以了。怎么測(cè)量F？用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到F對(duì)應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。
一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)、電容效應(yīng)、熱氣泡效應(yīng)、光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)和問題。
壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展最快，加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。
如何選用加速度傳感器
● 模擬輸出vs數(shù)字輸出：
這個(gè)是最先需要考慮的，取決于系統(tǒng)中和加速度傳感器之間的接口。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的，比如2.5V對(duì)應(yīng)0g的加速度，2.6V對(duì)應(yīng)于0.5g的加速度。數(shù)字輸出一般使用脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)。
如果你使用的微控制器只有數(shù)字輸入，比如BASIC Stamp，那你就只能選擇數(shù)字輸出的加速度傳感器了，但是問題是你必須占用額外的一個(gè)時(shí)鐘單元用來處理PWM信號(hào)，同時(shí)對(duì)處理器也是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。
如果你使用的微控制器有模擬輸入口，比如PIC／AVR／OOPIC，你可以非常簡(jiǎn)單地使用模擬接口的加速度傳感器，所需要的就是在程序里加入一句類似“acceleration=read_adc()”指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。
● 測(cè)量軸數(shù)量：
對(duì)于多數(shù)項(xiàng)目來說，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用了。對(duì)于某些特殊的應(yīng)用，比如UAV、ROV控制，三軸的加速度傳感器可能會(huì)適合一點(diǎn)。
● 最大測(cè)量值：
如果你只要測(cè)量機(jī)器人相對(duì)于地面的傾角，那一個(gè)±1.5g加速度傳感器就足夠了。但是如果你需要測(cè)量機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能，±2g也應(yīng)該足夠了。如果你的機(jī)器人有突然啟動(dòng)或者停止的情況出現(xiàn)，那你需要一個(gè)±5g的傳感器。
● 帶寬：
這里的帶寬實(shí)際上指的是刷新率。也就是說每秒鐘，傳感器會(huì)產(chǎn)生多少次讀數(shù)。對(duì)于一般只要測(cè)量?jī)A角的應(yīng)用，50HZ的帶寬應(yīng)該足夠了，但是對(duì)于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能，比如振動(dòng)，你會(huì)需要一個(gè)具有上百HZ帶寬的傳感器。
● 電阻／緩存機(jī)制：
對(duì)于有些微控制器來說，要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，其連接的傳感器阻值必須小于10kΩ。比如加速度傳感器的阻值為32kΩ，在PIC和AVR控制板上無法正常工作，所以建議在購(gòu)買傳感器前，仔細(xì)閱讀控制器手冊(cè)，確保傳感器能夠正常工作。
● 靈敏度：
一般來說，越靈敏越好。越靈敏的傳感器對(duì)一定范圍內(nèi)的加速度變化更敏感，輸出電壓的變化也越大，這樣就比較容易測(cè)量，從而獲得更精確的測(cè)量值。
靈敏度自然是越高越好，但是實(shí)際上靈敏度越高測(cè)量范圍就窄：相反，靈敏度低點(diǎn)就能獲得比較寬的測(cè)量范圍。所以在產(chǎn)品選擇傳感器的時(shí)候就要從需要出發(fā)，一味地使用高精度傳感器往往就意味著更高的成本抗疲勞性也是壓電加速度傳感器的重要因素。
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