加速度傳感器的技術特點及應用

　　加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子器件。加速力就是當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，由陀螺儀（角速度傳感器）改進而來;另一種就是線加速度計。

　　加速度傳感器的應用

　　通過測量由于重力引起的加速度，你可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動態加速度，你可以分析出設備移動的方式。加速度傳感器可以幫助機器人了解它現在身處的環境。加速度傳感器甚至可以用來分析發動機的振動，還可以測量牽引力產生的加速度。目前IBMThinkpad手提電腦里就內置了加速度傳感器，能夠動態的監測出筆記本在使用中的振動，并根據這些振動數據，系統會智能地選擇關閉硬盤還是讓其繼續運行，這樣可以zui大程度地保護由于振動，比如顛簸的工作環境，或者不小心摔了電腦造成的硬盤損害，zui大程度地保護里面的數據。另外一個用處就是目前用的數碼相機和攝像機里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時候的手部的振動，并根據這些振動，自動調節相機的聚焦。概括起來，加速度傳感器可應用在：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，鼠標，玩具，結構物和環境監視，工程測振，地質勘探等領域。

　　加速度傳感器的工作原理

　　線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?用電磁力去平衡這個力就可以了。就可以得到F對應于電流的關系。只需要用實驗去標定這個比例系數就行了。當然中間的信號傳輸、放大、濾波就是電路的事了。多數加速度傳感器是根據壓電效應的原理來工作的。一般加速度傳感器就是利用了其內部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產生電壓，只要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關系，就可以將加速度轉化成電壓輸出。當然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術、電容效應、熱氣泡效應、光效應，但是其zui基本的原理都是由于加速度產生某個介質產生變形，通過測量其變形量并用相關電路轉化成電壓輸出。每種技術各有優勢和問題。壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業中的廣泛應用而發展zui快，加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。

　　如何選用加速度傳感器

　　模擬輸出vs數字輸出：這個是zui先需要考慮的，取決于系統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0g的加速度，2.6V對應于0.5g的加速度。數字輸出一般使用脈寬調制（PWM）信號。

　　如果你使用的微控制器只有數字輸入，比如BASICStamp，那你就只能選擇數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。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。

　　測量軸數量：

　　對于多數項目來說，兩軸的加速度傳感器已經能滿足多數應用了。對于某些特殊的應用，比如UAV、ROV控制，三軸的加速度傳感器可能會適合一點。

　　zui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性能，±2g也應該足夠了。如果你的機器人有突然啟動或者停止的情況出現，那你需要一個±5g的傳感器。

　　帶寬：

　　這里的帶寬實際上指的是刷新率。也就是說每秒鐘，傳感器會產生多少次讀數。對于一般只要測量傾角的應用，50HZ的帶寬應該足夠了，但是對于需要進行動態性能，比如振動，你會需要一個具有上百HZ帶寬的傳感器。

　　電阻/緩存機制：

　　對于有些微控制器來說，要進行A/D轉化，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，所以建議在購買傳感器前，仔細閱讀控制器手冊，確保傳感器能夠正常工作。

　　靈敏度：

　　一般來說，越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內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，從而獲得更的測量值。靈敏度自然是越高越好，但是實際上靈敏度越高測量范圍就窄：相反，靈敏度低點就能獲得比較寬的測量范圍。所以在產品選擇傳感器的時候就要從需要出發，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。