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加速度計(jì)初學(xué)者指南
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/7/23

什么是加速度計(jì)?

加速度計(jì)是一種機(jī)電設(shè)備,可以測(cè)量加速度。這些力可能是靜態(tài)的,例如恒定的重力在您的腳上拉動(dòng),也可能是動(dòng)態(tài)的-由移動(dòng)或振動(dòng)加速度計(jì)引起。


加速度計(jì)有什么用?

通過(guò)測(cè)量由于重力引起的靜態(tài)加速度,您可以找出設(shè)備相對(duì)于地球傾斜的角度。通過(guò)感測(cè)動(dòng)態(tài)加速度,您可以分析設(shè)備的移動(dòng)方式。首先,測(cè)量?jī)A斜度和加速度似乎并不那么令人興奮。但是,工程師想出了很多方法來(lái)與他們一起制作真正有用的產(chǎn)品。

加速度計(jì)可以幫助您的項(xiàng)目更好地了解其周圍環(huán)境。在上坡行駛嗎?再走一步,它會(huì)跌倒嗎?它是水平飛行還是潛水轟炸您的教授?好的程序員可以使用加速度計(jì)提供的數(shù)據(jù)編寫(xiě)代碼來(lái)回答所有這些問(wèn)題。加速度計(jì)可以使用振動(dòng)測(cè)試來(lái)幫助分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的問(wèn)題,或者甚至可以用它來(lái)制造樂(lè)器。

在計(jì)算世界中,IBM和Apple最近已開(kāi)始在筆記本電腦中使用加速度計(jì),以保護(hù)硬盤(pán)免受損壞。如果您不小心摔落了筆記本電腦,則加速度計(jì)會(huì)檢測(cè)到突然的自由落體,并關(guān)閉硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,以免磁頭撞到盤(pán)片上。以類似的方式,高g加速度計(jì)是檢測(cè)車禍并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間展開(kāi)安全氣囊的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。

三軸加速度計(jì)

加速度計(jì)如何工作?

制作加速度計(jì)的方法有很多!一些加速度計(jì)利用壓電效應(yīng)-它們包含微觀晶體結(jié)構(gòu),這些晶體結(jié)構(gòu)會(huì)受到加速力的作用,從而產(chǎn)生電壓。另一種方法是通過(guò)檢測(cè)電容的變化。如果您有兩個(gè)彼此相鄰的微結(jié)構(gòu),則它們之間會(huì)有一定的電容。如果加速力使結(jié)構(gòu)之一移??動(dòng),則電容將改變。添加一些電路以將電容轉(zhuǎn)換為電壓,您將獲得一個(gè)加速度計(jì)。還有更多方法,包括使用壓阻效應(yīng),熱氣泡和光。


購(gòu)買加速度計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮什么?

模擬與數(shù)字 -首先,您必須在具有模擬輸出或數(shù)字輸出的加速度計(jì)之間進(jìn)行選擇。這將由與加速度計(jì)接口的硬件決定。模擬式加速度計(jì)可輸出與加速度成比例的連續(xù)電壓。例如0g為2.5V,0.5g為2.6V,1g為2.7V。數(shù)字加速度計(jì)通常將脈沖寬度調(diào)制(PWM)用于其輸出。這意味著將有一個(gè)特定頻率的方波,并且高電壓的時(shí)間將與加速度成正比。

如果您使用的是BASIC Stamp或任何其他具有純數(shù)字輸入的微控制器,則很可能需要使用數(shù)字輸出加速度計(jì)。這里的缺點(diǎn)是,它需要您使用微控制器的時(shí)序資源來(lái)測(cè)量占空比,以及執(zhí)行計(jì)算量大的除法運(yùn)算。

如果您使用帶模擬輸入的PIC / AVR / OOPIC /標(biāo)槍或完全基于模擬的電路,則模擬幾乎總是最好的選擇。根據(jù)編譯器的不同,測(cè)量模擬加速度可以很簡(jiǎn)單,例如acceleration = read_adc();。并且可以在幾微秒內(nèi)完成。

軸數(shù)-對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目,兩個(gè)就足夠了。但是,如果要嘗試3D定位,則需要一個(gè)3軸加速度計(jì),或兩個(gè)以直角安裝的2軸加速度計(jì)。

最大擺幅 -如果您只關(guān)心使用地球重力來(lái)測(cè)量?jī)A斜度,則±1.5g加速度計(jì)將綽綽有余。如果要使用加速度計(jì)來(lái)測(cè)量汽車,飛機(jī)或機(jī)器人的運(yùn)動(dòng),則±2g應(yīng)該給您足夠的工作空間。對(duì)于啟動(dòng)或停止非常突然的項(xiàng)目,您將需要一個(gè)能夠處理±5g或更大的項(xiàng)目。

靈敏度-一般來(lái)說(shuō),靈敏度越高越好。這意味著對(duì)于給定的加速度變化,信號(hào)的變化將更大。由于較大的信號(hào)變化更易于測(cè)量,因此您將獲得更準(zhǔn)確的讀數(shù)。

帶寬 -這意味著每秒可以獲取可靠的加速度讀數(shù)的時(shí)間。對(duì)于緩慢移動(dòng)的傾斜感應(yīng)應(yīng)用,50Hz的帶寬可能就足夠了。如果打算進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量或控制快速移動(dòng)的機(jī)器,則需要幾百Hz的帶寬。

阻抗/緩沖問(wèn)題-到目前為止,這是涉及模擬加速度計(jì)的項(xiàng)目中最常見(jiàn)的單一問(wèn)題源,因?yàn)楹苌儆腥藦氐组喿x所需的文檔。PIC和AVR數(shù)據(jù)手冊(cè)均指定要使AD轉(zhuǎn)換正常工作,所連接的器件的輸出阻抗必須低于10kΩ。不幸的是,ADI公司的模擬加速度計(jì)的輸出阻抗為32kΩ。解決方案是使用低輸入失調(diào)軌到軌運(yùn)算放大器作為緩沖器來(lái)降低輸出阻抗。據(jù)我們所知,DE-ACCM是唯一為您解決此問(wèn)題的加速度計(jì)解決方案。


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