如何選用加速度傳感器
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加速度傳感器的原理及技術(shù)
線(xiàn)加速度計的原理是慣性原理，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(gè)力就可以了。就可以得到 F對應于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗去標定這個(gè)比例系數就行了。
多數加速度傳感器是根據壓電效應的原理來(lái)工作的。一般加速度傳感器就是利用了其內部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。當然，還有很多其它方法來(lái)制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應，熱氣泡效應，光效應，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過(guò)測量其變形量，并用相關(guān)電路轉化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和問(wèn)題。
壓阻式加速度傳感器由于在汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應用而發(fā)展最快，加速度傳感器主要用于汽車(chē)安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。由于安全性越來(lái)越成為汽車(chē)制造商的賣(mài)點(diǎn)，這種附加系統也越來(lái)越多。壓阻式加速度傳感器在歐洲市場(chǎng)的速度最快，因為歐洲是許多安全氣囊和汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的所在地。
壓電技術(shù)主要在工業(yè)上用來(lái)防止機器故障，使用這種傳感器可以檢測機器潛在的故障以達到自保護，及避免對工人產(chǎn)生意外傷害，這種傳感器具有用戶(hù)（尤其是質(zhì)量行業(yè)的用戶(hù)）所追求的可重復性、穩定性和自生性。但是在許多新的應用領(lǐng)域，很多用戶(hù)尚無(wú)使用這類(lèi)傳感器的意識，銷(xiāo)售商冒險進(jìn)入這種尚待開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)會(huì )麻煩多多，因為終端用戶(hù)對使用這種傳感器而帶來(lái)的問(wèn)題和解決方法都認識不多。如果這些問(wèn)題能夠得到解決，將會(huì )促進(jìn)壓電傳感器得到更快的發(fā)展。
電容傳感器有望有一個(gè)強勁的增長(cháng)，來(lái)自歐洲和北美洲的汽車(chē)業(yè)和工業(yè)用戶(hù)是這些產(chǎn)品的主要購買(mǎi)者。汽車(chē)行業(yè)使用電容式傳感器主要用于安全系統、輪胎磨損監測、慣性剎車(chē)燈、前燈水準測量、安全帶伸縮、自動(dòng)門(mén)鎖和安全氣囊。對于設計人員來(lái)說(shuō)，電容式傳感器是非常有吸引力的，因為它無(wú)需接觸待測物，所以不必擠進(jìn)狹窄的空間中。
通過(guò)測量重力引起的加速度，可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)加速度，可以分析出設備移動(dòng)的方式。但是剛開(kāi)始的時(shí)候，你會(huì )發(fā)現光測量?jì)A角和加速度好像不是很有用。但是，現在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多有用的信息。
加速度傳感器可以幫助你的機器人了解它現在所處的環(huán)境。是在爬山？還是在走下坡，摔倒了沒(méi)有？或者對于飛行類(lèi)的機器人來(lái)說(shuō)，對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。一個(gè)好的程序員能夠使用加速度傳感器來(lái)回答所有上述問(wèn)題。加速度傳感器甚至可以用來(lái)分析發(fā)動(dòng)機的振動(dòng)，還可以測量牽引力產(chǎn)生的加速度。
IBM Thinkpad手提電腦里就內置了加速度傳感器，能夠動(dòng)態(tài)地監測出筆記本在使用中的振動(dòng)，并根據這些振動(dòng)數據，系統會(huì )智能地選擇關(guān)閉硬盤(pán)還是讓其繼續運行，以便最大程度地保護由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦所造成的硬盤(pán)損害，最大程度地保護里面的數據。另外一個(gè)用處就是目前用的數碼相機和攝像機里，也有加速度傳感器，用來(lái)檢測拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據這些振動(dòng)，自動(dòng)調節相機的聚焦。
概括起來(lái)，加速度傳感器可應用在：控制，手柄振動(dòng)和搖晃，儀器儀表，汽車(chē)制動(dòng)啟動(dòng)檢測，地震檢測，報警系統， 玩具， 結構物， 環(huán)境監視，工程測振，地質(zhì)勘探，對鐵路、橋梁、大壩的振動(dòng)測試與分析； 鼠標、高層建筑的結構動(dòng)態(tài)特性，以及安全保衛振動(dòng)偵察。
如何選用加速度傳感器
模擬輸出 vs 數字輸出 這個(gè)是最先需要考慮的。這個(gè)取決于你系統中和加速度傳感器之間的接口。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的，比如2.5V對應0g的加速度，2.6V對應于0.5g的加速度。數字輸出一般使用脈寬調制（PWM）信號。
如果你使用的微控制器只有數字輸入，比如BASIC Stamp，那你就只能選擇數字輸出的加速度傳感器了，但是問(wèn)題是你必須占用額外的一個(gè)時(shí)鐘單元用來(lái)處理PWM信號，同時(shí)對處理器也是一個(gè)不小的負擔。
如果你使用的微控制器有模擬輸入口，比如PIC/AVR/OOPIC，你可以非常簡(jiǎn)單地使用模擬接口的加速度傳感器，所需要的就是在程序里加入一句類(lèi)似指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。
測量軸數量 對于多數項目來(lái)說(shuō)，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿(mǎn)足多數應用了。對于某些特殊的應用，比如UAV，ROV控制，三軸的加速度傳感器可能會(huì )適合一點(diǎn)。
最大測量值 如果你只要測量機器人相對于地面的傾角，那一個(gè)±1.5g加速度傳感器就足夠了。但是如果你需要測量機器人的動(dòng)態(tài)性能，±2g也應該足夠了。要是你的機器人有突然啟動(dòng)或者停止的情況出現，那你需要一個(gè)±5g的傳感器。
靈敏度 一般來(lái)說(shuō)，越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內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。
靈敏度是壓電加速度傳感器應用時(shí)候要考慮的重要因素之一。它是傳感器在正常工作的時(shí)候輸入信號R與輸出信號C的比值，有成線(xiàn)性的，也有非線(xiàn)性的。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。靈敏度自然是越高，但是實(shí)際上靈敏度越高測量范圍就窄；相反，靈敏度低點(diǎn)就能獲得比較寬的測量范圍。所以在產(chǎn)品選擇傳感器的時(shí)候就要從需要出發(fā)，一味地使用高精度傳感器往往就意味著(zhù)更高的成本。
帶寬 這里的帶寬實(shí)際上指的是刷新率。也就是說(shuō)每秒鐘，傳感器會(huì )產(chǎn)生多少次讀數。對于一般只要測量?jì)A角的應用，50HZ的帶寬應該足夠了，但是對于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能，比如振動(dòng)，你會(huì )需要一個(gè)具有上百HZ帶寬的傳感器。
電阻/緩存機制 對于有些微控制器來(lái)說(shuō)，要進(jìn)行A/D轉化，其連接的傳感器阻值必須小于10k Ω。比如加速度傳感器的阻值為32kΩ，在PIC和AVR控制板上無(wú)法正常工作，所以建議在購買(mǎi)傳感器前，仔細閱讀控制器手冊，確保傳感器能夠正常工作。
抗疲勞性 它也是壓電加速度傳感器的重要因素。在有些應用中需要持續長(cháng)時(shí)間使用傳感器，這就要求內部部件能夠支持長(cháng)時(shí)間的監測。使用高強度、穩定性好的材料器件應該能夠很好地解決這一問(wèn)題。
穩定性 一些特殊場(chǎng)合中需要特定的傳感器，一般的傳感器會(huì )很快毀損。例如烤鴨的烤爐中，監測溫度濕度的傳感器就要經(jīng)受住長(cháng)期的油膩、高溫、潮濕等。相信，壓電加速度也會(huì )有類(lèi)似的嚴峻的工作環(huán)境。這就要求很高的穩定性。
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