加速度傳感器原理與使用選擇

加速度傳感器原理與使用選擇2011-10-08 9:29加速度：（Acceleration）是速度變化量與發(fā)生這一變化所用時間的比值（V/t），是描述物體速度改變快慢的物理量，通常用a表示， a=F/m,加速度只和施加在物體上合力F，和物體的質(zhì)量有關(guān)，與速度和時間無關(guān)。重力加速度：地球表面附近的物體因受重力產(chǎn)生的加速度叫做重力加速度，也叫自由落體加速度，用g表示。重力加速度g的方向總是豎直 向下的。在同一地區(qū)的同一高度，任何物體的重力加速度都是相同的。慣性傳感器：應(yīng)用慣性原理和測量技術(shù)，感受載體運(yùn)動的加速度、位置和姿態(tài)的各種敏感裝置。如加速度傳感器，陀螺儀MEMS是（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫，它是指可批量制作的，集微型機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)?，F(xiàn)在的加速度傳感器，陀螺儀都是基于MEMS的。 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(fā)動機(jī)的振動。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、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析；鼠標(biāo)，高層建筑結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。加速度傳感器工作原理： 線加速度計(jì)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(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號傳輸、放大、濾波就是電路的事了。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。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(jì)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，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，諧振式，隧穿式，等，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。二軸加速度傳感器：能夠同時檢測兩個方向（x軸，y軸）上的加速度三軸加速度傳感器：能夠同時檢測三個方向上的加速度，x，y，zMMA7260Q及其特性新型MMA7260Q是XYZ低g加速傳感器，其特性包括：加速傳感器的6種感應(yīng)功能1）傾斜度偵測傾斜度偵測電子羅盤，傾斜儀，文本滾動瀏覽/用戶界面，圖像旋轉(zhuǎn)，LCD投影，物理治療法。加速傳感器在靜止時，可用來檢測傾斜角，傾斜角在90 +90之間變化時，加速傳感器輸出會在1.0g+之間變化。2）運(yùn)動檢測運(yùn)動檢測可用于運(yùn)動控制，計(jì)步器，基本運(yùn)動檢測。3）定位偵測定位偵測可用于汽車導(dǎo)航，防盜設(shè)備，地圖跟蹤。定位偵測需要考慮的因素包括：加速度的范圍是多少及加速傳感器如何安裝。對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二重積分即可得到位置數(shù)據(jù)。4）震動偵測震動偵測可用于下降記錄，黑盒子/故障記錄儀，HDD保護(hù)，運(yùn)輸和處理監(jiān)視器。震動偵測只需考慮的因素是選擇g值的范圍。一般按照被測量對象的減速度決定了震動檢測所需的加速傳感器的規(guī)則選取。當(dāng)然，算法將隨每種設(shè)計(jì)的不同而不同，一般設(shè)為高于某個臨界值。通常情況下，重力的變化范圍為：自由落體檢測為而汽車撞擊為。5）振動偵測振動偵測可用于地震活動監(jiān)視器，智能電機(jī)維護(hù)，家電平衡和監(jiān)測。振動偵測需要考慮的因素包括：分析振動頻率的多少，確定g值的范圍及最適當(dāng)?shù)募铀賯鞲衅靼惭b位置。借助于快速傅立葉變換對加速度資料的分析可得到振動頻率的情況，快速傅立葉變換允許振動信號被分解成它的諧波分量，而每個電機(jī)振動都有它自己的諧波分量信號。通常，根據(jù)振動的電機(jī)或?qū)ο蟮牟煌?，重力的變化范圍?。當(dāng)加速傳感器安裝的離振源越近時，G的范圍就會越大。6）自由落下偵測自由落下偵測可用于自由落體保護(hù)，下降記錄，下降檢測，運(yùn)動控制和認(rèn)知等。自由落下偵測可分為三種，分別為：線性落下、旋轉(zhuǎn)型落下和拋射落下。它需靠量的因素包括：g的范圍一般落在間；由于拋射型落下，因此需考量橫軸加速度的多寡及自由落下時要求檢測的高度。在完整的自由落體中，線性自由落體需要一個3軸加速計(jì)來完成檢測。而旋轉(zhuǎn)和拋射自由落體需要一個復(fù)雜的算法來監(jiān)控自由落體信號。加速度傳感器的選擇：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。測量軸數(shù)量：對于多數(shù)項(xiàng)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)。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。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。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10k。比如加速度傳感器的阻值為32k，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。ADXL345是ADI公司最近推出的基于iMEMS技術(shù)的3軸、數(shù)字輸出加速度傳感器。ADXL345具有+/-2g，+/-4g，+/-8g，+/-16g可變的測量范圍；最高13bit分辨率；固定的4mg/LSB靈敏度；3mm*5mm*1mm超小封裝；40-145uA超低功耗；標(biāo)準(zhǔn)的I2C或SPI數(shù)字接口；20 currency deposit, we prescribe a pass on a regular basis, qilu card account on a regular basis), certificate b