一、加速度傳感器的工作原理是什么

多數加速度傳感器是(shi)根據(ju)壓(ya)電(dian)效(xiao)應的(de)(de)(de)原理來工作的(de)(de)(de)。所謂的(de)(de)(de)壓(ya)電(dian)效(xiao)應就是(shi)"對(dui)于不存在(zai)對(dui)稱中心的(de)(de)(de)異(yi)極晶體(ti)加在(zai)晶體(ti)上的(de)(de)(de)外力(li)除了(le)使晶體(ti)發生形變(bian)以外，還(huan)將(jiang)改(gai)變(bian)晶體(ti)的(de)(de)(de)極化(hua)狀態，在(zai)晶體(ti)內部建立(li)電(dian)場(chang)，這種由于機械力(li)作用使介(jie)質(zhi)發生極化(hua)的(de)(de)(de)現(xian)象稱為正壓(ya)電(dian)效(xiao)應"。

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一般加(jia)速度(du)(du)傳感器(qi)就是(shi)利(li)用(yong)了其內部(bu)的(de)由于(yu)加(jia)速度(du)(du)造成(cheng)的(de)晶體變(bian)(bian)形(xing)(xing)這(zhe)個(ge)特性。由于(yu)這(zhe)個(ge)變(bian)(bian)形(xing)(xing)會產(chan)生(sheng)電(dian)壓，只(zhi)要計算出(chu)產(chan)生(sheng)電(dian)壓和(he)所施加(jia)的(de)加(jia)速度(du)(du)之間的(de)關系，就可以將加(jia)速度(du)(du)轉(zhuan)(zhuan)化成(cheng)電(dian)壓輸(shu)(shu)出(chu)。當(dang)然，還有很(hen)多其它方法來(lai)制作加(jia)速度(du)(du)傳感器(qi)，比如壓阻技術，電(dian)容效應，熱氣泡(pao)效應，光效應，但是(shi)其最基本的(de)原理都是(shi)由于(yu)加(jia)速度(du)(du)產(chan)生(sheng)某個(ge)介質產(chan)生(sheng)變(bian)(bian)形(xing)(xing)，通過測量其變(bian)(bian)形(xing)(xing)量并用(yong)相關電(dian)路(lu)轉(zhuan)(zhuan)化成(cheng)電(dian)壓輸(shu)(shu)出(chu)。每(mei)種技術都有各自的(de)機會和(he)問題。

二、加速度傳感器的分類

1、壓電式

壓(ya)電(dian)(dian)(dian)式(shi)加(jia)速度(du)傳感器又稱壓(ya)電(dian)(dian)(dian)加(jia)速度(du)計(ji)。它也屬(shu)于(yu)慣性式(shi)傳感器。壓(ya)電(dian)(dian)(dian)式(shi)加(jia)速度(du)傳感器的(de)原理是利(li)用壓(ya)電(dian)(dian)(dian)陶瓷或石英晶體的(de)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)效應，在(zai)加(jia)速度(du)計(ji)受振時，質量塊(kuai)加(jia)在(zai)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)元件上的(de)力也隨之變化。當被測振動(dong)頻率遠低于(yu)加(jia)速度(du)計(ji)的(de)固(gu)有頻率時，則(ze)力的(de)變化與被測加(jia)速度(du)成正(zheng)比。

2、壓阻式

基于世界領(ling)先的MEMS硅(gui)微加工技術，壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等(deng)特點，易(yi)于集成在各種模擬和(he)數字電路(lu)中，廣泛應用于汽(qi)車碰撞實(shi)驗、測(ce)試儀器、設備振(zhen)動監測(ce)等(deng)領(ling)域。

3、電容式

電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)(shi)加速度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)基于電(dian)(dian)(dian)容(rong)原理的極距(ju)變(bian)化型的電(dian)(dian)(dian)容(rong)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)(shi)加速度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)/電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)(shi)加速度(du)(du)計是(shi)對比(bi)較(jiao)(jiao)通用的加速度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。在某些領域無可替(ti)代，如安全氣囊，手機(ji)移動(dong)設備等(deng)。電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)(shi)加速度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)/電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)(shi)加速度(du)(du)計采用了微機(ji)電(dian)(dian)(dian)系統（MEMS）工藝，在大量生產時變(bian)得經(jing)濟，從而保證了較(jiao)(jiao)低的成本(ben)。

4、伺服式

伺服式加(jia)速(su)(su)度(du)傳(chuan)感器(qi)(qi)是(shi)一種(zhong)閉環測(ce)(ce)試系統(tong)，具有(you)動態性能好、動態范圍大和(he)線(xian)(xian)性度(du)好等特(te)點。其工(gong)(gong)作(zuo)原理，傳(chuan)感器(qi)(qi)的振動系統(tong)由(you)"m-k”系統(tong)組成，與一般加(jia)速(su)(su)度(du)計相同，但質(zhi)量(liang)(liang)m上還(huan)接著一個電(dian)磁(ci)線(xian)(xian)圈，當基座上有(you)加(jia)速(su)(su)度(du)輸(shu)入(ru)時(shi)，質(zhi)量(liang)(liang)塊(kuai)偏(pian)離平(ping)衡位(wei)置，該位(wei)移大小由(you)位(wei)移傳(chuan)感器(qi)(qi)檢測(ce)(ce)出(chu)來(lai)，經伺服放大器(qi)(qi)放大后轉(zhuan)換為電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)，該電(dian)流(liu)流(liu)過電(dian)磁(ci)線(xian)(xian)圈，在永久磁(ci)鐵的磁(ci)場(chang)中產(chan)生電(dian)磁(ci)恢復力，力圖使質(zhi)量(liang)(liang)塊(kuai)保持在儀表殼(ke)體(ti)中原來(lai)的平(ping)衡位(wei)置上，所以伺服加(jia)速(su)(su)度(du)傳(chuan)感器(qi)(qi)在閉環狀(zhuang)態下工(gong)(gong)作(zuo)。由(you)于有(you)反饋作(zuo)用(yong)，增強了(le)(le)抗干擾(rao)的能力，提高(gao)測(ce)(ce)量(liang)(liang)精度(du)，擴(kuo)大了(le)(le)測(ce)(ce)量(liang)(liang)范圍，伺服加(jia)速(su)(su)度(du)測(ce)(ce)量(liang)(liang)技術廣泛地應(ying)用(yong)于慣(guan)性導(dao)(dao)航和(he)慣(guan)性制導(dao)(dao)系統(tong)中，在高(gao)精度(du)的振動測(ce)(ce)量(liang)(liang)和(he)標定中也有(you)應(ying)用(yong)。

三、加速度傳感器的作用

加速(su)(su)度傳感器的作用就是能(neng)夠測(ce)量加速(su)(su)度，得出加速(su)(su)度值。下(xia)面列舉幾種常見的加速(su)(su)度傳感器應用場景。

1、游戲控制

加速度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可以檢(jian)測(ce)上(shang)下左(zuo)右的(de)傾(qing)角(jiao)的(de)變(bian)化(hua)，因此通過前后傾(qing)斜手持設備來(lai)實現對游(you)戲(xi)中物體的(de)前后左(zuo)右的(de)方向控(kong)制，就變(bian)得很簡單(dan)。

2、地震檢測

地(di)(di)(di)震(zhen)檢波器是(shi)用于地(di)(di)(di)質勘(kan)探(tan)和工(gong)程測量的專(zhuan)用傳感器，是(shi)一種將地(di)(di)(di)面(mian)振動轉(zhuan)(zhuan)變為電信號的傳感器，能把地(di)(di)(di)震(zhen)波引起的地(di)(di)(di)面(mian)震(zhen)動轉(zhuan)(zhuan)換(huan)成電信號，經過模/數轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器轉(zhuan)(zhuan)換(huan)成二進制(zhi)數據、進行(xing)數據組(zu)織、存儲、運(yun)算(suan)處理。

3、車禍報警

在汽(qi)(qi)車工業高速發(fa)展的(de)(de)(de)(de)現代，汽(qi)(qi)車成為了人們出行(xing)(xing)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)通(tong)工具(ju)之一，但是(shi)因交(jiao)通(tong)事(shi)故的(de)(de)(de)(de)傷亡數量也十分巨大。在信息化的(de)(de)(de)(de)現代利用高科(ke)技(ji)去挽救人的(de)(de)(de)(de)生命(ming)將會是(shi)重大研究(jiu)的(de)(de)(de)(de)主題之一，基于加速度的(de)(de)(de)(de)車禍報警系(xi)統正是(shi)懷著這(zhe)(zhe)種設(she)計(ji)理念(nian)，相信這(zhe)(zhe)種系(xi)統的(de)(de)(de)(de)推廣，會給汽(qi)(qi)車行(xing)(xing)業帶來更多的(de)(de)(de)(de)安全(quan)。

4、計步器功能

加速度(du)傳(chuan)感器可以(yi)檢(jian)測交流信號(hao)以(yi)及物體的(de)(de)振(zhen)動，人(ren)在走(zou)動的(de)(de)時(shi)候會(hui)產生一定規律性的(de)(de)振(zhen)動，而(er)加速度(du)傳(chuan)感器可以(yi)檢(jian)測振(zhen)動的(de)(de)過零點，從而(er)計(ji)算出人(ren)所(suo)走(zou)的(de)(de)步(bu)或(huo)跑步(bu)所(suo)走(zou)的(de)(de)步(bu)數，從而(er)計(ji)算出人(ren)所(suo)移動的(de)(de)位移。并且利用一定的(de)(de)公(gong)式可以(yi)計(ji)算出卡路(lu)里(li)的(de)(de)消耗。

5、設備或終端姿態檢測

加(jia)(jia)速(su)度傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)和陀螺(luo)儀通(tong)常(chang)稱為慣(guan)性傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)，常(chang)用(yong)(yong)于各種設(she)備或(huo)終端中(zhong)(zhong)實現(xian)姿態檢測(ce)(ce)，運(yun)動(dong)檢測(ce)(ce)等，也(ye)就很適(shi)合玩(wan)體感(gan)游戲的人(ren)群。加(jia)(jia)速(su)度傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)利用(yong)(yong)重力加(jia)(jia)速(su)度，可以(yi)(yi)用(yong)(yong)于檢測(ce)(ce)設(she)備的傾斜角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)度，但是它會受到運(yun)動(dong)加(jia)(jia)速(su)度的影響，使傾角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)測(ce)(ce)量不夠準確(que)，所以(yi)(yi)通(tong)常(chang)需利用(yong)(yong)陀螺(luo)儀和磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)補償。同時磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)測(ce)(ce)量方位角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)時，也(ye)是利用(yong)(yong)地磁(ci)場(chang)，當(dang)系統(tong)中(zhong)(zhong)電流變化(hua)或(huo)周圍有導(dao)磁(ci)材料時，以(yi)(yi)及當(dang)設(she)備傾斜時，測(ce)(ce)量出的方位角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)也(ye)不準確(que)，這時需要用(yong)(yong)加(jia)(jia)速(su)度傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)（傾角(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)）和陀螺(luo)儀進行補償。

除了上面的幾種，加速度傳感器還(huan)廣泛應用(yong)于手柄(bing)振(zhen)動(dong)和搖(yao)晃、汽車(che)制動(dong)啟(qi)動(dong)檢(jian)測、工(gong)程測振(zhen)、地質勘探、振(zhen)動(dong)測試與分(fen)析(xi)以(yi)及安全保衛振(zhen)動(dong)偵察等多種領域。