加速度計(jì)和陀螺儀傳感器：原理、檢測(cè)及應(yīng)用

　　2. 靈敏度 (mV/g或LSB/g)：靈敏度衡量最小可檢測(cè)信號(hào)，或輸入級(jí)每次變化時(shí)輸出電信號(hào)的變化。與檢測(cè)頻率點(diǎn)相關(guān)。

　　3. 電壓噪聲密度(μg/SQRT Hz)：電壓噪聲隨帶寬的平方根倒數(shù)變化。我們讀取加速度計(jì)的速度變化越快，得到的精度越差。工作在輸出信號(hào)較小的較低g條件時(shí)，噪聲對(duì)加速度計(jì)性能的影響較大。

　　4. 0g電壓：該指標(biāo)表示加速度為0g時(shí)預(yù)計(jì)輸出電壓的范圍。

　　5. 頻率響應(yīng)(Hz)：以容限范圍(±5%等)給出頻率范圍，在該頻率范圍內(nèi)，傳感器將檢測(cè)運(yùn)動(dòng)并提供有效輸出。規(guī)定的容限范圍使用戶能夠計(jì)算器件在規(guī)定頻率范圍內(nèi)的任何頻率下相對(duì)于參考靈敏度的偏差。

　　6. 動(dòng)態(tài)范圍(g)：加速度計(jì)可測(cè)量的最小檢測(cè)幅值與輸出信號(hào)失真或削波之前最大幅值之間的范圍。

　　6 加速度計(jì)與陀螺儀的比較

　　介紹MEMS應(yīng)用之前，我們必須理解加速度計(jì)與陀螺儀之間的不同。加速度計(jì)測(cè)量沿一個(gè)或多個(gè)軸的線性加速度(單位為mV/g);陀螺儀測(cè)量角速度(單位為mV/deg/s)。如果我們使加速度計(jì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(例如俯仰)(圖8)，d1和d2的距離不發(fā)生變化。所以加速度計(jì)的輸出不響應(yīng)角速度變化。

　　我們可構(gòu)建不同的傳感器，包含諧振傳感器的內(nèi)部框架通過彈簧連接至基片，與諧振運(yùn)動(dòng)成90度角(圖9)。那么我們就可以通過檢測(cè)內(nèi)部框架和基片之間安裝的電極電容，測(cè)量科里奧利加速度。

　　6 加速度計(jì)和陀螺儀應(yīng)用

　　加速度計(jì)很久以來被廣泛用于汽車領(lǐng)域，用于檢測(cè)汽車碰撞，或在正確的時(shí)間開啟氣囊。其在移動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用也很普遍，例如肖像和風(fēng)景模式之間切換、輕觸切換至下首歌曲、設(shè)備放在口袋時(shí)通過衣服輕拍，或者防抖動(dòng)拍攝及光學(xué)穩(wěn)像。

　　7 室內(nèi)導(dǎo)航

　　加速度是速度的變化速率：

　　通過單次或二重積分，我們可根據(jù)加速度計(jì)輸出分別獲得速度和距離信息。通過增加陀螺儀提供的信息，即可利用特殊技術(shù)跟蹤物體相對(duì)于已知起點(diǎn)的位置和方位。該信息用于室內(nèi)導(dǎo)航，無需外部參考或GPS信號(hào)(圖10)。

　　8 光學(xué)穩(wěn)像

　　人類手臂晃動(dòng)的頻率極低(10Hz至20Hz)。用最小、最輕的智能手機(jī)及照相機(jī)拍攝圖片時(shí)，手會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，造成圖像模糊。諸如光學(xué)縮放等特性加劇了這一問題，使圖像更加模糊。

　　假設(shè)一部SVGA照相機(jī)的分辨率為800x600像素，視角為45度，傳感器水平漂移為0.08度。45/800 = 0.056度，對(duì)應(yīng)于1.42像素的模糊。隨著照相機(jī)分辨率的提高，模糊覆蓋更多像素，造成圖像失真更嚴(yán)重。

　　基于陀螺儀的光學(xué)穩(wěn)像(圖11)及修正軟件通過將機(jī)械陀螺儀的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至微控制器及直線電機(jī)，以移動(dòng)圖像傳感器，從而補(bǔ)償圖像模糊。

　　9 手勢(shì)控制

　　我們可將MEMS加速度計(jì)傳感器用于無線鼠標(biāo)的手勢(shì)控制、輪椅方向控制或Wii?控制臺(tái)中的陀螺儀。其它例子還包括利用手勢(shì)控制電視上光標(biāo)的智能設(shè)備、“虛擬”旋鈕，甚至利用手持式無線傳感器單元控制外部設(shè)備的手勢(shì)命令。

　　10 結(jié)論

　　MEMS加速度計(jì)傳感器和陀螺儀長(zhǎng)久以來已經(jīng)廣泛用于運(yùn)輸、太空、工業(yè)機(jī)器人及汽車領(lǐng)域。但其應(yīng)用的多樣性現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展至智能手機(jī)，為我們提供了與智能設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和手勢(shì)交互的全新方式。理解MEMS行為以及加速度計(jì)或陀螺儀的特性，使設(shè)計(jì)者能夠?yàn)榇笈繎?yīng)用設(shè)計(jì)更高效和低成本產(chǎn)品。這些MEMS器件也允許我們創(chuàng)建新的應(yīng)用，顛覆運(yùn)動(dòng)、身體活動(dòng)及手勢(shì)對(duì)我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憽?/p>