加速度傳感器工作原理及應用

可穿戴設備當中傳感器至關(guān)重要，其中的加速度傳感器能夠完成位置及姿勢的識別。本文通過(guò)對三軸傳感器工作原理的解析，幫助讀者更好的理解加速度傳感器的應用。

一、加速度傳感器工作原理

加速度傳感器自然是對自身器件的加速度進(jìn)行檢測。其自身的物理實(shí)現方式咱們就不去展開(kāi)了，可以想象芯片內部有一個(gè)真空區域，感應器件即處于該區域，其通過(guò)慣性力作用引起電壓變化，并通過(guò)內部的ADC給出量化數值。

對于三軸加速度傳感器，其能檢測X、Y、Z的加速度數據，如下圖：

在靜止的狀態(tài)下，傳感器一定會(huì )在一個(gè)方向重力的作用，因此有一個(gè)軸的數據是1g（即9.8米/秒的二次）。在實(shí)際的應用中，我們并不使用跟9.8相關(guān)的計算方法，而是以1g作為標準加速度單位，或者使用1/1000g，即mg。既然是ADC轉換，那么肯定會(huì )有量程和精度的概念。在量程方面，Lis3dh支持（+-）2g/4g/8g/16g四種。一般作為計步應用來(lái)說(shuō)，2g是足夠的，除去重力加速度1g，還能檢測出1g的加速度。至于精度，那就跟其使用的寄存器位數有關(guān)了。Lis3dh使用高低兩個(gè)8位（共16位）寄存器來(lái)存取一個(gè)軸的當前讀數。由于有正反兩個(gè)方向的加速度，所以16位數是有符號整型，實(shí)際數值是15位。以（+-）2g量程來(lái)算，精度為2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

當以上圖所示的靜止狀態(tài)，z軸正方向會(huì )檢測出1g，X、Y軸為0.如果調轉位置（如手機屏幕翻轉），那總會(huì )有一個(gè)軸會(huì )檢測出1g，其他軸為0，在實(shí)際的測值中，可能并不是0，而是有細微數值。

在運動(dòng)過(guò)程中，x，y，z軸都會(huì )發(fā)生變化。計步運動(dòng)也有其固有的數值規律，因為邁步過(guò)程也有抬腳和放腳的規律過(guò)程，如下圖。“腳蹬離地是一步的開(kāi)始，此時(shí)由于地面的反作用力，垂直方向加速度開(kāi)始增大，當腳達到最高位置時(shí)，垂直方向加速度達到最大；然后腳向下運動(dòng)，垂直加速度開(kāi)始減小，直到腳著(zhù)地，垂直加速度減到最小值。接著(zhù)下一步邁步。前向加速度由腳與地面的摩擦力產(chǎn)生，雙腳觸地時(shí)增大，一腳離地時(shí)減小。”

二、加速度傳感器應用