MEMS加速度計的原理及應(yīng)用

1、什么是MEMS加速度計？

加速度計是一種慣性傳感器，能夠測量物體的加速力。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，就比如地球引力，也就是重力。加速力可以是個常量，比如g，也可以是變量。

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度計就是使用MEMS技術(shù)制造的加速度計。由于采用了微機電系統(tǒng)技術(shù)，使得其尺寸大大縮小，一個MEMS加速度計只有指甲蓋的幾分之一大小。MEMS加速度計具有體積小、重量輕、能耗低等優(yōu)點。

2、MEMS加速度計一般用在哪里？

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。現(xiàn)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。

MEMS加速度計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。一個好的工程師能夠使用MEMS加速度計來回答所有上述問題。

目前最新IBM Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了MEMS加速度計，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(hù)由于振動，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦所造成的硬盤損害，最大程度地保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。目前在一些先進(jìn)的移動硬盤上也使用了這項技術(shù)。

另外一個用處就是在目前的數(shù)碼相機和攝像機里，用MEMS加速度計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。

MEMS加速度計還可以用來分析發(fā)動機的振動。汽車防撞氣囊的啟動也可以由MEMS加速度計控制。

由此可見MEMS加速度計可以在我們的生活中發(fā)揮重要作用。歸納其應(yīng)用主要有以下幾個方面：振動檢測、姿態(tài)控制、安防報警、消費應(yīng)用、動作識別、狀態(tài)記錄等。

3、MEMS加速度計是如何工作的？

技術(shù)成熟的MEMS加速度計分為三種：壓電式、容感式、熱感式。壓電式MEMS加速度計運用的是壓電效應(yīng)，在其內(nèi)部有一個剛體支撐的質(zhì)量塊，有運動的情況下質(zhì)量塊會產(chǎn)生壓力，剛體產(chǎn)生應(yīng)變，把加速度轉(zhuǎn)變成電信號輸出。

容感式MEMS加速度計內(nèi)部也存在一個質(zhì)量塊，從單個單元來看，它是標(biāo)準(zhǔn)的平板電容器。加速度的變化帶動活動質(zhì)量塊的移動從而改變平板電容兩極的間距和正對面積，通過測量電容變化量來計算加速度。

熱感式MEMS加速度計內(nèi)部沒有任何質(zhì)量塊，它的中央有一個加熱體，周邊是溫度傳感器，里面是密閉的氣腔，工作時在加熱體的作用下，氣體在內(nèi)部形成一個熱氣團(tuán)，熱氣團(tuán)的比重和周圍的冷氣是有差異的，通過慣性熱氣團(tuán)的移動形成的熱場變化讓感應(yīng)器感應(yīng)到加速度值。

由于壓電式MEMS加速度計內(nèi)部有剛體支撐的存在，通常情況下，壓電式MEMS加速度計只能感應(yīng)到“動態(tài)”加速度，而不能感應(yīng)到“靜態(tài)”加速度，也就是我們所說的重力加速度。而容感式和熱感式既能感應(yīng)“動態(tài)”加速度，又能感應(yīng)“靜態(tài)”加速度。