飛思卡爾加速度傳感器功能及特性
加入技術(shù)交流群
加速傳感器工作原理及架構
飛思卡爾傳感器產(chǎn)品主要分為三大部分：慣性傳感器、壓力傳感器與安全和報警ic。其中，慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測傾斜、振動(dòng)及撞擊，因此可以用在汽車(chē)乘客安全、振動(dòng)監控、
運動(dòng)診斷、 防盜裝置、 電器平衡、 地震檢測、 傾角/傾斜儀及便攜式電子設備中。
加速傳感器可用來(lái)偵測x、y、z軸方向的加速度，以類(lèi)比電壓來(lái)表示所偵測的加速度的大小，在ic內部主要由雙芯片構成，即重力感測單元（負責加速度的偵測）與控制ic單元（負責信號處理）。雙芯片可以分開(kāi)安置也可以疊放處理。
由圖1可知，x軸或z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信號送到電荷積分器做積分運算，而后進(jìn)行取樣、保持及信號放大處理，最后用低通濾波器濾除高頻噪音，在溫度補償處理后即可輸出加速度信息。此輸出之類(lèi)比電壓與偵測的加速度值會(huì )維持線(xiàn)性比例的特性，不會(huì )受到溫度的影響。
為了說(shuō)明x軸向g感測單元的感測原理，先來(lái)回顧電容的物理特性：電容值的大小與電極板的面積大小成正比，和電極板的間隔距離成反比。g感測單元即利用電容的原理設計出來(lái)的，在圖2中左上角的小區塊可以看到，藍色的部分代表可移動(dòng)的電極板，而在藍色電極板的上方左偏置與下方右偏置板塊則是固定的電極板，此時(shí)藍色電極板與左右偏置板形成兩個(gè)電容，當藍色電極板因加速度的影響而改變與左右偏置板的間隔，則使得電容值改變進(jìn)而促使電容電壓值的改變，因此可借此特性計算出加速度的大小。
z 軸向垂直g感測單元的感測原理與x軸向g感測單元的感測原理相同，只是架構有所差異。如圖3所示，紅色的震動(dòng)塊代表可移動(dòng)的電極板，而綠色的頂板與藍色的底板則是固定的極板。當紅色的極板因為加速度的影響而改變與上下極板的間隔，則將產(chǎn)生電容值的改變。因此，可借此特性計算出此加速度的大小。圖3中黑色的部分為彈簧裝置，用來(lái)緩沖可移動(dòng)電極板的移動(dòng)。
圖4為4 x軸向g單元的sem照片，顯示了g感測單元的架構，可移動(dòng)極板在兩個(gè)固定極板間左右移動(dòng)，由可移動(dòng)極板與固定極板組成的指狀結構是顯而易見(jiàn)的。
圖5顯示了z軸向g感測單元的架構，左圖中，紅色的區塊為固定極板，而綠色區塊則代表可移動(dòng)中板，可移動(dòng)中板是在兩個(gè)固定極板間上下移動(dòng)。這與x軸向g單元的指狀結構是截然不同的。
加速傳感器的6種感應功能
1）傾斜度偵測
傾斜度偵測電子羅盤(pán)，傾斜儀，文本滾動(dòng)瀏覽/用戶(hù)界面，圖像旋轉，lcd投影，物理治療法。
加速傳感器在靜止時(shí)，可用來(lái)檢測傾斜角，傾斜角在 90 ~+90 之間變化時(shí)，加速傳感器輸出會(huì )在 1.0g~+1.0g之間變化。輸出電壓對應傾斜角的公式如下示：
其中：
vout=加速傳感器的輸出
voff =零加速度
v/ g=靈敏度
1.0g=地球重力
=傾斜角
在測量?jì)A斜角度時(shí)，需考慮傾斜角解析度與ad轉換器搭配的問(wèn)題，在安裝加速傳感器時(shí)需要確保反映軸與地面垂直。
圖7給出了mma1260d 1.5g 加速傳感器的典型角度響應，縱軸代表加速傳感器的輸出電壓，橫軸代表傾斜角度，從線(xiàn)型可知，在0度范圍，傾斜角與電壓呈線(xiàn)性變化。而在
90度范圍，傾斜角與電壓則呈現飽和情況。
2）運動(dòng)檢測
運動(dòng)檢測可用于運動(dòng)控制，計步器，基本運動(dòng)檢測。
在進(jìn)行運動(dòng)檢測時(shí)，需要考慮到幾個(gè)因素，包括：如何計算它的位移，g值的范圍選擇及使用量測軸。首先確定位移：計算位移要將加速度進(jìn)行二重積分，速度部分則是需進(jìn)行一次積分。根據對象的不同，g值的范圍在2~20g之間變化。
圖8 給出了跳躍運動(dòng)產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知，當跳躍至最高點(diǎn)時(shí)處于無(wú)重力的狀態(tài)，當落至地面時(shí)加速度出現近似脈沖的波形，由曲線(xiàn)的變化即可判斷具體的運動(dòng)情況。
評論