加速度傳感器原理與應(yīng)用重點

1、加速度傳感器原理與應(yīng)用一網(wǎng)站二加速度傳感器原理與應(yīng)用1、概述加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。 加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用 在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個常量，比如g ，也可以是變量。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進的。另一種 就是線加速度計。2、加速度傳感器應(yīng)用領(lǐng)域通過測量由于重力引起的加速度， 你可以計算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。 通過分 析動態(tài)加速度， 你可以分析出設(shè)備移動的方式。 但是剛開始的時候， 你會發(fā)現(xiàn)光測量傾角和 加速度好像不是很有用。但是，現(xiàn)在工程師們

2、已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。 加速度傳感器可以幫助你的機器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。 是在爬山？還是在走下坡， 摔倒 了沒有？或者對于飛行類的機器人來說， 對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。 更要確保的是， 你 的機器人沒有帶著炸彈自己前往人群密集處。 一個好的程序員能夠使用加速度傳感器來回答 所有上述問題。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動機的振動。目前最新 IBMThinkpad 手提電腦里就 內(nèi)置了加速度傳感器， 能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動， 并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù)， 系 統(tǒng)會智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運行， 這樣可以最大程度的保護由于振動， 比如顛簸 的工作環(huán)境， 或者不小

3、心摔了電腦做造成的硬盤損害， 最大程度的保護里面的數(shù)據(jù)。 另外一 個用處就是目前用的數(shù)碼相機和攝像機里， 也有加速度傳感器， 用來檢測拍攝時候的手部的 振動，并根據(jù)這些振動，自動調(diào)節(jié)相機的聚焦。概括起來，加速度傳感器可應(yīng)用在控制，手 柄振動和搖晃，儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢測，報警系統(tǒng)，玩具，結(jié)構(gòu)物、環(huán)境 監(jiān)視，工程測振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析；鼠標，高層建筑結(jié)構(gòu)動 態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。3、加速度傳感器工作原理加速度計的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A（加速度） =F （慣性力） /M（質(zhì)量）我們只需要測量 F 就可以了。 怎么測量 F ？用電磁力去平衡這

4、個力就可以了。 就可以得到 F 對應(yīng)于電流的關(guān)系。 只需要用實驗去標定這個比例系數(shù)就行了。 當(dāng)然中間的信號傳輸、 放大、 濾波就是電路的事了?，F(xiàn)代科技要求加速度傳感器廉價、 性能優(yōu)越、 易于大批量生產(chǎn)。 在諸如軍工、 空間系統(tǒng)、 科學(xué)測量等領(lǐng)域，需要使用體積小、 重量輕、 性能穩(wěn)定的加速度傳感器。以傳統(tǒng)加工方法制 造的加速度傳感器難以全面滿足這些要求。 于是應(yīng)用新興的微機械加工技術(shù)制作的微加速度 傳感器應(yīng)運而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動快、成本低、可靠性高、易于 實現(xiàn)數(shù)字化和智能化。而且，由于微機械結(jié)構(gòu)制作精確、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批 量生產(chǎn)， 它的性能價格比很高。 可以

5、預(yù)見在不久的將來， 它將在加速度傳感器市場中占主導(dǎo) 地位。微加速度傳感器有壓阻式、壓電式、電容式等形式。1）壓電式 壓電式傳感器是利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理。敏感芯體質(zhì)量受振動加速度作用后產(chǎn)生一個與 加速度成正比的力， 壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號。 壓電式加速度傳感器具有動態(tài)范圍大、 頻率范圍寬、 堅固耐用、 受外界干擾小以及壓電材料受力 自產(chǎn)生電荷信號不需要任何外界電源等特點， 是被最為廣泛使用的振動測量傳感器。 雖然壓 電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡單， 商業(yè)化使用歷史也很長， 但因其性能指標與材料特性、 設(shè)計 和加工工藝密切相關(guān)， 因此在市場上銷售的同類傳感器性能的實際

6、參數(shù)以及其穩(wěn)定性和一致 性差別非常大。 與壓阻和電容式相比， 其最大的缺點是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率 的信號。2）壓阻式應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測量電橋， 其結(jié)構(gòu)動態(tài)模型仍然 是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。 現(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設(shè)計具有很大的靈活性 以適合各種不同的測量要求。 在靈敏度和量程方面， 從低靈敏度高量程的沖擊測量， 到直流 高靈敏度的低頻測量都有壓阻形式的加速度傳感器。 同時壓阻式加速度傳感器測量頻率范圍 也可從直流信號到具有剛度高， 測量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測量。 超小型化的設(shè)計也 是壓阻式傳感器的一個亮點。需要指出的是盡管壓阻

7、敏感芯體的設(shè)計和應(yīng)用具有很大靈活 性，但對某個特定設(shè)計的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。 壓阻式加速 度傳感器的另一缺點是受溫度的影響較大， 實用的傳感器一般都需要進行溫度補償。 在價格 方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價具有很大的市場競爭力， 但對特殊使用的敏感芯體 制造成本將遠高于壓電型加速度傳感器。3）電容式電容型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運動而 改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進而使電容值變化。 電容式加速度計與其它類型的加速度 傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點，尤其是受溫度的影響比較??；但不足之處表現(xiàn)在信號的輸

8、入與輸出為非線性，量程有限， 受電纜的電容影響， 以及電容傳在實感器本身是高阻抗信號源， 因此電容傳感器的輸出信號往往需通過后繼電路給于改善。際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量， 其通用性不如壓電式加速度傳感器， 且 成本也比壓電式加速度傳感器高得多。4、選購加速度傳感器需考慮的因素1) 模擬輸出 VS 數(shù)字輸出：這個是最先需要考慮的。這個取決于你系統(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 對應(yīng) 0g 的加速度， 2.6V 對應(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。如果你使用的微 控制器只有數(shù)字輸入，比如 BA

9、SICStamp ，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時鐘單元用來處理 PWM 信號，同時對處理器也是一個不 小的負擔(dān)。如果你使用的微控制器有模擬輸入口，比如 PIC/AVR/OOPIC ，你可以非常簡單 的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() 的指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。2) 測量軸數(shù)量：對于多數(shù)項目來說，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適合一點。3) 最大測量值：如果你只要測量機器人相對于地面的傾角，那一個 1.5g 加速度傳感器就 足夠了。 但是如果你需要測量機器人的動態(tài)性能， 2g 也應(yīng)該足夠了。 要是你的機器人會有 比如突然啟動或者停止的情況出現(xiàn)，那你需要一個 5g 的傳感器。4) 靈敏度：一般來說，越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內(nèi)的加速度變化更敏感， 輸出電壓的變化也越大，這樣就比較容易測量，從而獲得更精確的測量值。5) 帶寬：這里的帶寬實際上指的是刷新頻率范圍。也就是說每秒鐘，傳感器會產(chǎn)生多少次讀數(shù)。對于一般只要測量傾角的應(yīng)用， 50HZ 的帶寬應(yīng)該足夠了，但是對于需要進行動態(tài)性 能，比如振動，你會需要一個具有上百 HZ 帶寬