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- 加速度傳感器工作原理及應(yīng)用
- 來源：csdn 發(fā)表于 2023/3/2
對(duì)于手機(jī)發(fā)燒友來說,對(duì)手機(jī)加速傳感器肯定不會(huì)感到陌生，它能在手機(jī)上體驗(yàn)在3D游戲上增加體驗(yàn)使用效果。但是你了解它們是如何工作的嗎？其實(shí)手機(jī)加速傳感器屬于加速度傳感器的一種，在下面的文章中將介紹加速度傳感器的工作原理及應(yīng)用，希望大家對(duì)加速度傳感器有個(gè)更全面的了解。
什么是加速度傳感器
加速度傳感器是一種能夠測(cè)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(gè)常量，比如g，也可以是變量。
加速度傳感器分類與工作原理
1、壓電式
壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。
壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。原文地址：http://www.pikacn.com/news/20155/2789.html
2、壓阻式
基于世界領(lǐng)先的MEMS硅微加工技術(shù)，壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
3、電容式
容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計(jì)是對(duì)比較通用的加速度傳感器。在某些領(lǐng)域無可替代，如安全氣囊，手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計(jì)采用了微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）工藝，在大量生產(chǎn)時(shí)變得經(jīng)濟(jì)，從而保證了較低的成本。
4、伺服式
伺服式加速度傳感器是一種閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)性 能好、動(dòng)態(tài)范圍大和線性度好等特點(diǎn)。
工作原理：傳感器的振動(dòng)系統(tǒng)由 "m-k”系統(tǒng)組成，與一般加速度計(jì)相同，但質(zhì)量m上還接著一個(gè)電磁線圈，當(dāng)基座上有 加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊偏離平衡位置，該位移大小由位移傳感器檢測(cè)出來，經(jīng)伺服放大器 放大后轉(zhuǎn)換為電流輸出，該電流流過電磁線圈，在永久磁鐵的磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁恢復(fù)力，力圖使質(zhì)量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上，所以伺服加速度傳感器在閉環(huán)狀態(tài)下工作。
由于有反饋?zhàn)饔茫鰪?qiáng)了抗干擾的能力，提高測(cè)量精度，擴(kuò)大了測(cè)量范圍，伺服加速度 測(cè)量技術(shù)廣泛地應(yīng)用于慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中，在高精度的振動(dòng)測(cè)量和標(biāo)定中也有應(yīng)用。
加速度傳感器應(yīng)用
1、游戲控制
加速度傳感器可以檢測(cè)上下左右的傾角的變化，因此通過前后傾斜手持設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲中物體的前后左右的方向控制，就變得很簡(jiǎn)單。
2、圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn)
用加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及方向，實(shí)現(xiàn)所要顯示圖像的轉(zhuǎn)正。
3、汽車安全
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。
4、盤保護(hù)
利用加速度傳感器檢測(cè)自由落體狀態(tài)，從而對(duì)迷你硬盤實(shí)施必要的保護(hù)。由于外界的輕微振動(dòng)就會(huì)對(duì)硬盤產(chǎn)生很壞的后果，使數(shù)據(jù)丟失。而利用加速度傳感器可以檢測(cè)自由落體狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到自由落體狀態(tài)時(shí)，讓磁頭復(fù)位，以減少硬盤的受損程度。
5、閃信功能
通過揮動(dòng)手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)在空中顯示文字，用戶可以自己編寫顯示的文字。這個(gè)閃信功能是利用人們的視覺殘留現(xiàn)象，用加速度傳感器檢測(cè)揮動(dòng)的周期，實(shí)現(xiàn)所顯示文字的準(zhǔn)確定位。
6、防手抖功能
用加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的振動(dòng)/晃動(dòng)幅度，當(dāng)振動(dòng)/晃動(dòng)幅度過大時(shí)鎖住照相快門，使所拍攝的圖像永遠(yuǎn)是清晰的。
7、計(jì)步器功能
加速度傳感器可以檢測(cè)交流信號(hào)以及物體的振動(dòng)，人在走動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動(dòng)，而加速度傳感器可以檢測(cè)振動(dòng)的過零點(diǎn)，從而計(jì)算出人所走的步或跑步所走的步數(shù)，從而計(jì)算出人所移動(dòng)的位移。并且利用一定的公式可以計(jì)算出卡路里的消耗。
8、智能產(chǎn)品
加速度傳感器在微信功能中的創(chuàng)新功能突破了電子產(chǎn)品的千遍一律，這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)來源傳感器的方向、加速表、光線、磁場(chǎng)、臨近性、溫度等參數(shù)的特性。
9、設(shè)備或終端姿態(tài)檢測(cè)
加速度傳感器和陀螺儀通常稱為慣性傳感器，常用于各種設(shè)備或終端中實(shí)現(xiàn)姿態(tài)檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等，也就很適合玩體感游戲的人群。加速度傳感器利用重力加速度，可以用于檢測(cè)設(shè)備的傾斜角度，但是它會(huì)受到運(yùn)動(dòng)加速度的影響，使傾角測(cè)量不夠準(zhǔn)確，所以通常需利用陀螺儀和磁傳感器補(bǔ)償。
10、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)死角的補(bǔ)償
在一些特殊的場(chǎng)合和地貌，如遂道、高樓林立、叢林地帶，GPS信號(hào)會(huì)變?nèi)跎踔镣耆ィ@也就是所謂的死角。而通過加裝加速度傳感器及以前我們所通用的慣性導(dǎo)航，便可以進(jìn)行系統(tǒng)死區(qū)的測(cè)量。對(duì)加速度傳感器進(jìn)行一次積分，就變成了單位時(shí)間里的速度變化量，從而測(cè)出在死區(qū)內(nèi)物體的移動(dòng)。
常見加速度傳感器
1、手機(jī)加速傳感器
手機(jī)加速傳感器的工作原理是由敏感元件將測(cè)點(diǎn)的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，進(jìn)入前置放大電路，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路改善信號(hào)的信噪比，再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，最后送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示。
2、重力加速度傳感器
重力加速度傳感器能夠感知到加速力的變化，加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，比如晃動(dòng)、跌落、上升、下降等各種移動(dòng)變化都能被G-sensor轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過微處理器的計(jì)算分析后，就能夠完成程序設(shè)計(jì)好的功能，內(nèi)置了G-sensor的MP3播放器就能根據(jù)使用者的甩動(dòng)方向，前后更換歌曲，放進(jìn)衣袋的時(shí)候也能夠計(jì)算出使用者的前進(jìn)步伐。
個(gè)別高端筆記本例如IBM高端系列也內(nèi)置了G-sensor，在感知發(fā)生劇烈加速度時(shí)（如開始跌落），立即保護(hù)硬盤，避免硬盤損害。
3、壓電式加速度傳感器
壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。
壓電式加速度傳感器具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)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(hào)不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被最為廣泛使用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。與壓阻和電容式相比，其最大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能測(cè)量零頻率的信號(hào)。
在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，壓電式加速度傳感器應(yīng)用在很多數(shù)碼產(chǎn)品中，比如攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)以及汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。
結(jié)語：隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)在傳感器領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使得加速度傳感器的體積變得更加輕便、性能得到明顯提升，這無疑促進(jìn)了它在消費(fèi)電子領(lǐng)域中的應(yīng)用，在市場(chǎng)中的份額也在不斷提升。
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