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)上用來防止機器故障，使用這種傳感器可以檢測機器潛在的故障以達到自保護，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識不多。如果這些問題能夠得到解決，將會促進壓電傳感器得到更快的發(fā)展。

電容傳感器有望有一個強勁的增長，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)運行，以便最大程度地保護由于振動，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，最大程度地保護里面的數(shù)據(jù)。另外一個用處就是目前用的數(shù)碼相機和攝像機里，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、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擔。

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器人的動態(tài)性能，±2g也應(yīng)該足夠了。要是你的機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/緩存機制 對于有些微控制器來說，要進行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峻的工作環(huán)境。這就要求很高的穩(wěn)定性。