加速度傳感器的應(yīng)用及工作原理

加速度傳感器的應(yīng)用及工作原理

目前IBMThinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器，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(yùn)行，這樣可以zui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做造成的硬盤損害，zui大程度的保護(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。
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。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的有用的信息。
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(jī)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(jī)器人沒有帶著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(fā)動機(jī)的振動。

加速度傳感器工作原理
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。
所謂的壓電效應(yīng)就是"對于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(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)".
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。由于這個變形會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其zui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。
如何選購加速度傳感器
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(diǎn)。
zui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)器人會有比如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。

模擬輸出vs數(shù)字輸出：
這個是zui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BASICStamp，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，你可以非常簡單的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"acceleration=read_adc（）"的指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。
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，從而獲得更的測量值。
帶寬
這里的帶寬實(shí)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10kΩ。比如AnalogDevices'sanalog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。