一、加速度傳感器的工作原理是什么

多數加(jia)速度(du)傳感器是(shi)根據壓(ya)電(dian)效應的(de)(de)(de)(de)原理(li)來工(gong)作的(de)(de)(de)(de)。所(suo)謂的(de)(de)(de)(de)壓(ya)電(dian)效應就是(shi)"對于不存在(zai)對稱中心(xin)的(de)(de)(de)(de)異極晶(jing)(jing)體(ti)加(jia)在(zai)晶(jing)(jing)體(ti)上的(de)(de)(de)(de)外(wai)力除(chu)了(le)使晶(jing)(jing)體(ti)發(fa)(fa)生形變(bian)以外(wai)，還(huan)將改變(bian)晶(jing)(jing)體(ti)的(de)(de)(de)(de)極化狀態(tai)，在(zai)晶(jing)(jing)體(ti)內部(bu)建(jian)立電(dian)場，這種(zhong)由于機械力作用(yong)使介質發(fa)(fa)生極化的(de)(de)(de)(de)現象稱為正(zheng)壓(ya)電(dian)效應"。

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一般加(jia)速(su)(su)度(du)傳(chuan)感器就(jiu)是(shi)(shi)利用了其(qi)內部的(de)(de)由于加(jia)速(su)(su)度(du)造(zao)成的(de)(de)晶體變(bian)形這個特性。由于這個變(bian)形會產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)，只要(yao)計(ji)算(suan)出產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)和(he)所施加(jia)的(de)(de)加(jia)速(su)(su)度(du)之間(jian)的(de)(de)關系，就(jiu)可以將加(jia)速(su)(su)度(du)轉化成電(dian)壓(ya)輸(shu)出。當然，還(huan)有(you)很多(duo)其(qi)它方法(fa)來制作(zuo)加(jia)速(su)(su)度(du)傳(chuan)感器，比(bi)如壓(ya)阻技術，電(dian)容效(xiao)應(ying)，熱(re)氣泡效(xiao)應(ying)，光(guang)效(xiao)應(ying)，但(dan)是(shi)(shi)其(qi)最(zui)基本的(de)(de)原理都是(shi)(shi)由于加(jia)速(su)(su)度(du)產(chan)生(sheng)某(mou)個介(jie)質產(chan)生(sheng)變(bian)形，通(tong)過測量其(qi)變(bian)形量并用相關電(dian)路轉化成電(dian)壓(ya)輸(shu)出。每種技術都有(you)各自(zi)的(de)(de)機會和(he)問(wen)題。

二、加速度傳感器的分類

1、壓電式

壓電(dian)式(shi)加(jia)速(su)度(du)(du)傳感器(qi)又稱壓電(dian)加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)。它也屬(shu)于慣(guan)性式(shi)傳感器(qi)。壓電(dian)式(shi)加(jia)速(su)度(du)(du)傳感器(qi)的(de)原理(li)是利(li)用壓電(dian)陶(tao)瓷或石英晶體的(de)壓電(dian)效應，在加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)受振時，質量塊加(jia)在壓電(dian)元(yuan)件上(shang)的(de)力也隨之變化。當被(bei)測振動頻率遠低于加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)的(de)固有頻率時，則力的(de)變化與被(bei)測加(jia)速(su)度(du)(du)成(cheng)正比。

2、壓阻式

基于世界(jie)領先的MEMS硅(gui)微加(jia)工(gong)技(ji)術，壓阻式加(jia)速(su)度傳感(gan)器(qi)具(ju)有體積小、低(di)功(gong)耗(hao)等(deng)特點，易于集成(cheng)在各(ge)種模擬和數字電路中，廣泛應用(yong)于汽車碰撞實驗、測試儀器(qi)、設備振動監測等(deng)領域。

3、電容式

電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)基(ji)于電(dian)(dian)(dian)容(rong)原理(li)的(de)(de)極(ji)距變化型(xing)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容(rong)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)/電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度(du)計是(shi)對(dui)比較通用的(de)(de)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)。在某(mou)些領域(yu)無可替(ti)代，如(ru)安全氣囊(nang)，手機(ji)移動(dong)設備等。電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)/電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)加(jia)速(su)度(du)計采用了(le)(le)微機(ji)電(dian)(dian)(dian)系(xi)統（MEMS）工藝，在大量(liang)生產時變得經濟，從而保證了(le)(le)較低(di)的(de)(de)成本。

4、伺服式

伺(si)服(fu)式加速(su)度(du)傳感器是一(yi)(yi)種閉環(huan)測(ce)(ce)試系(xi)(xi)統，具有(you)動(dong)態性(xing)能(neng)好、動(dong)態范圍大(da)(da)和(he)線(xian)(xian)性(xing)度(du)好等特點。其工(gong)作原(yuan)理，傳感器的(de)振動(dong)系(xi)(xi)統由(you)"m-k”系(xi)(xi)統組成(cheng)，與(yu)一(yi)(yi)般加速(su)度(du)計相同，但(dan)質量(liang)m上還接(jie)著(zhu)一(yi)(yi)個電(dian)磁(ci)線(xian)(xian)圈(quan)，當基座上有(you)加速(su)度(du)輸入時，質量(liang)塊(kuai)偏離(li)平(ping)衡位(wei)置(zhi)(zhi)，該位(wei)移大(da)(da)小(xiao)由(you)位(wei)移傳感器檢測(ce)(ce)出來，經伺(si)服(fu)放大(da)(da)器放大(da)(da)后轉(zhuan)換為電(dian)流輸出，該電(dian)流流過電(dian)磁(ci)線(xian)(xian)圈(quan)，在(zai)(zai)永久磁(ci)鐵的(de)磁(ci)場中(zhong)產生電(dian)磁(ci)恢復力(li)(li)，力(li)(li)圖使質量(liang)塊(kuai)保持(chi)在(zai)(zai)儀表(biao)殼(ke)體中(zhong)原(yuan)來的(de)平(ping)衡位(wei)置(zhi)(zhi)上，所以伺(si)服(fu)加速(su)度(du)傳感器在(zai)(zai)閉環(huan)狀態下(xia)工(gong)作。由(you)于有(you)反(fan)饋作用(yong)，增(zeng)強了(le)抗干(gan)擾的(de)能(neng)力(li)(li)，提高測(ce)(ce)量(liang)精度(du)，擴大(da)(da)了(le)測(ce)(ce)量(liang)范圍，伺(si)服(fu)加速(su)度(du)測(ce)(ce)量(liang)技術廣(guang)泛地應用(yong)于慣性(xing)導(dao)航和(he)慣性(xing)制(zhi)導(dao)系(xi)(xi)統中(zhong)，在(zai)(zai)高精度(du)的(de)振動(dong)測(ce)(ce)量(liang)和(he)標定中(zhong)也有(you)應用(yong)。

三、加速度傳感器的作用

加速度(du)傳感器的作(zuo)用(yong)就是能(neng)夠測量加速度(du)，得出加速度(du)值(zhi)。下(xia)面(mian)列舉幾種(zhong)常見的加速度(du)傳感器應用(yong)場景。

1、游戲控制

加速度傳感器(qi)可以(yi)檢測上下左右(you)的(de)傾角(jiao)的(de)變化，因此通過(guo)前(qian)后(hou)傾斜手持設(she)備來(lai)實現對游戲中物體的(de)前(qian)后(hou)左右(you)的(de)方向控(kong)制，就變得(de)很簡(jian)單。

2、地震檢測

地(di)震檢波(bo)器(qi)是(shi)用(yong)于地(di)質勘探(tan)和工程測(ce)量的(de)專用(yong)傳感器(qi)，是(shi)一種將地(di)面振動(dong)(dong)轉變為電信號的(de)傳感器(qi)，能(neng)把(ba)地(di)震波(bo)引起的(de)地(di)面震動(dong)(dong)轉換成(cheng)電信號，經過模/數轉換器(qi)轉換成(cheng)二進制數據(ju)(ju)、進行數據(ju)(ju)組織(zhi)、存(cun)儲、運算處理(li)。

3、車禍報警

在汽車(che)(che)工(gong)業(ye)高速發展(zhan)的(de)(de)現(xian)代，汽車(che)(che)成(cheng)為(wei)了人們出(chu)行(xing)主(zhu)要(yao)的(de)(de)交通工(gong)具之(zhi)一，但是因交通事故的(de)(de)傷亡(wang)數量(liang)也(ye)十(shi)分巨大。在信(xin)息化的(de)(de)現(xian)代利(li)用高科技去(qu)挽救人的(de)(de)生命將會(hui)是重大研(yan)究的(de)(de)主(zhu)題之(zhi)一，基于加速度的(de)(de)車(che)(che)禍報警(jing)系統正是懷著這種(zhong)設計理念，相信(xin)這種(zhong)系統的(de)(de)推廣，會(hui)給汽車(che)(che)行(xing)業(ye)帶來更多的(de)(de)安(an)全。

4、計步器功能

加速(su)度傳(chuan)感器可以檢(jian)測交流信號以及(ji)物體的(de)(de)振(zhen)動，人(ren)在走動的(de)(de)時(shi)候會產生一定規律性的(de)(de)振(zhen)動，而(er)(er)加速(su)度傳(chuan)感器可以檢(jian)測振(zhen)動的(de)(de)過零點，從而(er)(er)計(ji)算出(chu)人(ren)所走的(de)(de)步或跑(pao)步所走的(de)(de)步數，從而(er)(er)計(ji)算出(chu)人(ren)所移動的(de)(de)位(wei)移。并且利用一定的(de)(de)公(gong)式可以計(ji)算出(chu)卡路里的(de)(de)消耗。

5、設備或終端姿態檢測

加速度傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)陀(tuo)(tuo)螺儀通常稱為慣(guan)性傳(chuan)感(gan)器(qi)，常用于各種設備(bei)(bei)或終端中實現姿態檢測(ce)，運動(dong)檢測(ce)等(deng)，也(ye)就很適合玩(wan)體感(gan)游戲的(de)人(ren)群。加速度傳(chuan)感(gan)器(qi)利(li)(li)用重力加速度，可以用于檢測(ce)設備(bei)(bei)的(de)傾斜(xie)角度，但(dan)是它會受到(dao)運動(dong)加速度的(de)影響，使傾角測(ce)量不(bu)夠準(zhun)確，所(suo)以通常需(xu)利(li)(li)用陀(tuo)(tuo)螺儀和(he)磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)補(bu)償。同(tong)時磁(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)量方(fang)位(wei)角時，也(ye)是利(li)(li)用地磁(ci)場(chang)，當系統(tong)中電流變化或周圍有導磁(ci)材(cai)料時，以及(ji)當設備(bei)(bei)傾斜(xie)時，測(ce)量出的(de)方(fang)位(wei)角也(ye)不(bu)準(zhun)確，這(zhe)時需(xu)要(yao)用加速度傳(chuan)感(gan)器(qi)（傾角傳(chuan)感(gan)器(qi)）和(he)陀(tuo)(tuo)螺儀進行補(bu)償。

除了上面的幾種，加速度傳感器還廣泛應(ying)用于手(shou)柄(bing)振(zhen)動(dong)(dong)和搖晃、汽(qi)車制動(dong)(dong)啟動(dong)(dong)檢測(ce)、工程測(ce)振(zhen)、地質勘探、振(zhen)動(dong)(dong)測(ce)試與分析(xi)以及安(an)全(quan)保衛振(zhen)動(dong)(dong)偵察等多(duo)種領域。