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加速度傳感器工作原理及應用

來源: 獨家整理

對于手機發燒友來說,對手機加速傳感器肯定不會感到陌生,它能在手機上體驗在3D游戲上增加體驗使用效果。但是你了解它們是如何工作的嗎?其實手機加速傳感器屬于加速度傳感器的一種,在下面的文章中,皮卡中國小編將介紹加速度傳感器的工作原理及應用,希望大家對加速度傳感器有個更全面的了解。

什么是加速度傳感器

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。

加速度傳感器分類與工作原理

1、壓電式

壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。

壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時,則力的變化與被測加速度成正比。原文地址:http://www.hk810.com/news/20155/2789.html

2、壓阻式

基于世界領先的MEMS硅微加工技術,壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點,易于集成在各種模擬和數字電路中,廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。

3、電容式

容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計是對比較通用的加速度傳感器。在某些領域無可替代,如安全氣囊,手機移動設備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計采用了微機電系統(MEMS)工藝,在大量生產時變得經濟,從而保證了較低的成本。

4、伺服式

伺服式加速度傳感器是一種閉環測試系統,具有動態性 能好、動態范圍大和線性度好等特點。

工作原理:傳感器的振動系統由 "m-k”系統組成,與一般加速度計相同,但質量m上還接著一個電磁線圈,當基座上有 加速度輸入時,質量塊偏離平衡位置,該位移大小由位移傳感器檢測出來,經伺服放大器 放大后轉換為電流輸出,該電流流過電磁線圈,在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力,力圖使質量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上,所以伺服加速度傳感器在閉環狀態下工作。

由于有反饋作用,增強了抗干擾的能力,提高測量精度,擴大了測量范圍,伺服加速度 測量技術廣泛地應用于慣性導航和慣性制導系統中,在高精度的振動測量和標定中也有應用。

加速度傳感器應用

1、游戲控制

加速度傳感器可以檢測上下左右的傾角的變化,因此通過前后傾斜手持設備來實現對游戲中物體的前后左右的方向控制,就變得很簡單。

2、圖像自動翻轉

用加速度傳感器檢測手持設備的旋轉動作及方向,實現所要顯示圖像的轉正。

3、汽車安全

加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。

4、盤保護

利用加速度傳感器檢測自由落體狀態,從而對迷你硬盤實施必要的保護。由于外界的輕微振動就會對硬盤產生很壞的后果,使數據丟失。而利用加速度傳感器可以檢測自由落體狀態。當檢測到自由落體狀態時,讓磁頭復位,以減少硬盤的受損程度。

5、閃信功能

通過揮動手持設備實現在空中顯示文字,用戶可以自己編寫顯示的文字。這個閃信功能是利用人們的視覺殘留現象,用加速度傳感器檢測揮動的周期,實現所顯示文字的準確定位。

6、防手抖功能

用加速度傳感器檢測手持設備的振動/晃動幅度,當振動/晃動幅度過大時鎖住照相快門,使所拍攝的圖像永遠是清晰的。

7、計步器功能

加速度傳感器可以檢測交流信號以及物體的振動,人在走動的時候會產生一定規律性的振動,而加速度傳感器可以檢測振動的過零點,從而計算出人所走的步或跑步所走的步數,從而計算出人所移動的位移。并且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗。

8、智能產品

加速度傳感器在微信功能中的創新功能突破了電子產品的千遍一律,這個功能的實現來源傳感器的方向、加速表、光線、磁場、臨近性、溫度等參數的特性。

9、設備或終端姿態檢測

加速度傳感器和陀螺儀通常稱為慣性傳感器,常用于各種設備或終端中實現姿態檢測,運動檢測等,也就很適合玩體感游戲的人群。加速度傳感器利用重力加速度,可以用于檢測設備的傾斜角度,但是它會受到運動加速度的影響,使傾角測量不夠準確,所以通常需利用陀螺儀和磁傳感器補償。

10、GPS導航系統死角的補償

在一些特殊的場合和地貌,如遂道、高樓林立、叢林地帶,GPS信號會變弱甚至完全失去,這也就是所謂的死角。而通過加裝加速度傳感器及以前我們所通用的慣性導航,便可以進行系統死區的測量。對加速度傳感器進行一次積分,就變成了單位時間里的速度變化量,從而測出在死區內物體的移動。

常見加速度傳感器

1、手機加速傳感器

手機加速傳感器的工作原理是由敏感元件將測點的加速度信號轉換為相應的電信號,進入前置放大電路,經過信號調理電路改善信號的信噪比,再進行模數轉換得到數字信號,最后送入計算機,計算機再進行數據存儲和顯示。

2、重力加速度傳感器

重力加速度傳感器能夠感知到加速力的變化,加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力,比如晃動、跌落、上升、下降等各種移動變化都能被G-sensor轉化為電信號,然后通過微處理器的計算分析后,就能夠完成程序設計好的功能,內置了G-sensor的MP3播放器就能根據使用者的甩動方向,前后更換歌曲,放進衣袋的時候也能夠計算出使用者的前進步伐。

個別高端筆記本例如IBM高端系列也內置了G-sensor,在感知發生劇烈加速度時(如開始跌落),立即保護硬盤,避免硬盤損害。

3、壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質如石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時,則力的變化與被測加速度成正比。

壓電式加速度傳感器具有動態范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產生電荷信號不需要任何外界電源等特點,是被最為廣泛使用的振動測量傳感器。與壓阻和電容式相比,其最大的缺點是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率的信號。

在現代生產生活中,壓電式加速度傳感器應用在很多數碼產品中,比如攝像機、數碼相機以及汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。

結語:隨著微電子機械系統技術在傳感器領域中的廣泛應用,使得加速度傳感器的體積變得更加輕便、性能得到明顯提升,這無疑促進了它在消費電子領域中的應用,在市場中的份額也在不斷提升。


拓展內容:

溫度傳感器

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凸輪軸位置傳感器

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