如何選用加速度傳感器

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(jìn)的。另一種就是線加速度計。

加速度傳感器的原理及技術(shù)

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(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(biāo)定這個比例系數(shù)就行了。

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特性。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)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量，并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和問題。

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。由于安全性越來越成為汽車制造商的賣點，這種附加系統(tǒng)也越來越多。壓阻式加速度傳感器在歐洲市場的速度最快，因為歐洲是許多安全氣囊和汽車生產(chǎn)企業(yè)的所在地。

壓電技術(shù)主要在工業(yè)上用來防止機(jī)器故障，使用這種傳感器可以檢測機(jī)器潛在的故障以達(dá)到自保護(hù)，及避免對工人產(chǎn)生意外傷害，這種傳感器具有用戶（尤其是質(zhì)量行業(yè)的用戶）所追求的可重復(fù)性、穩(wěn)定性和自生性。但是在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，很多用戶尚無使用這類傳感器的意識，銷售商冒險進(jìn)入這種尚待開發(fā)的市場會麻煩多多，因為終端用戶對使用這種傳感器而帶來的問題和解決方法都認(rèn)識不多。如果這些問題能夠得到解決，將會促進(jìn)壓電傳感器得到更快的發(fā)展。

電容傳感器有望有一個強(qiáng)勁的增長，來自歐洲和北美洲的汽車業(yè)和工業(yè)用戶是這些產(chǎn)品的主要購買者。汽車行業(yè)使用電容式傳感器主要用于安全系統(tǒng)、輪胎磨損監(jiān)測、慣性剎車燈、前燈水準(zhǔn)測量、安全帶伸縮、自動門鎖和安全氣囊。對于設(shè)計人員來說，電容式傳感器是非常有吸引力的，因為它無需接觸待測物，所以不必擠進(jìn)狹窄的空間中。

加速度傳感器的應(yīng)用

通過測量重力引起的加速度，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，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)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多有用的信息。

加速度傳感器可以幫助你的機(jī)器人了解它現(xiàn)在所處的環(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(jī)器人來說，對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。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(jī)的振動，還可以測量牽引力產(chǎn)生的加速度。

IBM Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器，能夠動態(tài)地監(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)會智能地選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，以便最大程度地保護(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)。另外一個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(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，對鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析； 鼠標(biāo)、高層建筑的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性，以及安全保衛(wèi)振動偵察。

如何選用加速度傳感器

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(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指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。

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。

最大測量值 如果你只要測量機(jī)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(jī)器人的動態(tài)性能，±2g也應(yīng)該足夠了。要是你的機(jī)器人有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。

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。

靈敏度是壓電加速度傳感器應(yīng)用時候要考慮的重要因素之一。它是傳感器在正常工作的時候輸入信號R與輸出信號C的比值，有成線性的，也有非線性的。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。靈敏度自然是越高，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(chǎn)品選擇傳感器的時候就要從需要出發(fā)，一味地使用高精度傳感器往往就意味著更高的成本。

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(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(jìn)行動態(tài)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(jī)制 對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10k Ω。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(xì)閱讀控制器手冊，確保傳感器能夠正常工作。

抗疲勞性 它也是壓電加速度傳感器的重要因素。在有些應(yīng)用中需要持續(xù)長時間使用傳感器，這就要求內(nèi)部部件能夠支持長時間的監(jiān)測。使用高強(qiáng)度、穩(wěn)定性好的材料器件應(yīng)該能夠很好地解決這一問題。

穩(wěn)定性 一些特殊場合中需要特定的傳感器，一般的傳感器會很快毀損。例如烤鴨的烤爐中，監(jiān)測溫度濕度的傳感器就要經(jīng)受住長期的油膩、高溫、潮濕等。相信，壓電加速度也會有類似的嚴(yán)峻的工作環(huán)境。這就要求很高的穩(wěn)定性。