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加速度傳感器工作原理及應用

發布時間:2021-01- 18點擊量:0

加速度傳感器工作原理

多數加速度傳感器是根據壓電效應的原理來工作的。
所謂的壓電效應就是"對於不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發生形變以外,還將改變晶體的極化狀態,在晶體內部建立電場,這種由於機械力作用使介質發生極化的現象稱為正壓電效應".
一般加速度傳感器就是利用了其內部的由於加速度造成的晶體變形這個特性。由於這個變形會產生電壓,隻要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關係,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製作加速度傳感器,比如電容效應,熱氣泡效應,光效應,但是其最基本的原理都是由於加速度產生某個介質產生變形,通過測量其變形量並用相關電路轉化成電壓輸出。
如何選購加速度傳感器
模擬輸出vs數字輸出:
這個是最先需要考慮的。這個取決於你係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對應於0.5g的加速度。數字輸出一般使用脈寬調製(PWM)信號。
如果你使用的微控製器隻有數字輸入,比如BASICStamp,那你就隻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鍾單元用來處理PWM信號,同時對處理器也是一個不小的負擔。
如果你使用的微控製器有模擬輸入口,比如PIC/AVR/OOPIC,你可以非常簡單的使用模擬接口的加速度傳感器,所需要的就是在程序裏加入一句類似"acceleration=read_adc()"的指令,而且處理此指令的速度隻要幾微秒。
測量軸數量:
對於多數項目來說,兩軸的加速度傳感器已經能滿足多數應用了。對於某些特殊的應用,比如UAV,ROV控製,三軸的加速度傳感器可能會適合一點。
最大測量值:
如果你隻要測量機器人相對於地麵的傾角,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。要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止的情況出現,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範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,從而獲得更精確的測量值。
帶寬
這裏的帶寬實際上指的是刷新率。也就是說每秒鍾,傳感器會產生多少次讀數。對於一般隻要測量傾角的應用,50HZ的帶寬應該足夠了,但是對於需要進行動態性能,比如振動,你會需要一個具有上百HZ帶寬的傳感器
電阻/緩存機製
對於有些微控製器來說,要進行A/D轉化,其連接的傳感器阻值必須小於10kΩ。比如AnalogDevices'sanalog加速度傳感器的阻值為32kΩ,在PIC和AVR控製板上無法正常工作,所以建議在購買傳感器前,仔細閱讀控製器手冊,確保傳感器能夠正常工作。
加速度傳感器應用
通過測量由於重力引起的加速度,你可以計算出設備相對於水平麵的傾斜角度。通過分析動態加速度,你可以分析出設備移動的方式。但是剛開始的時候,你會發現光測量傾角和加速度好像不是很有用。但是,現在工程師們已經想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
加速度傳感器可以幫助你的機器人了解它現在身處的環境。是在爬山?還是在走下坡,摔倒了沒有?或者對於飛行類的機器人來說,對於控製姿態也是至關重要的。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動機的振動。
目前最新IBMThinkpad手提電腦裏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,並根據這些振動數據,係統會智能的選擇關閉硬盤還是讓其繼續運行,這樣可以最大程度的保護由於振動,比如顛簸的工作環境,或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害,最大程度的保護裏麵的數據。另外一個用處就是目前用的數碼相機和攝像機裏,也有加速度傳感器,用來檢測拍攝時候的手部的振動,並根據這些振動,自動調節相機的聚焦。

(來源:sooroo.com)


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