加速度計——幻想與現(xiàn)實

　　滑雪板固定器。加速度計測量總沖擊能量和“特征”，確定是否應(yīng)當松開固定器。

　　幻想。機械式滑雪板固定器已經(jīng)高度先進，但性能受限。如果能測量滑雪者所感受到的實際沖擊力，就能精確判定是否應(yīng)當松開固定器。智能系統(tǒng)可以考慮每個人的能力和生理狀況。這是一項實用的加速度計應(yīng)用，但目前的電池技術(shù)不敷所需。等到將來開發(fā)出小而輕且在低溫下保持良好性能的電池時，這項應(yīng)用就能變成現(xiàn)實。

　　個人導(dǎo)航。本應(yīng)用通過航位推算法確定位置(利用加速度對時間的二重積分確定實際位置)。

　　想入非非。加速度測量結(jié)果中的小誤差日積月累，將導(dǎo)致長期積分結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。二重積分將加劇誤差(t2)。如果不采取措施不時地重新設(shè)定實際位置，誤差將變得十分巨大。這與簡單地將電容放在運算放大器上來構(gòu)建積分器類似。即使將來加速度計的精度能夠比現(xiàn)在高出十倍或百倍，最終仍然會產(chǎn)生巨大誤差，只是所需時間長一點。

　　加速度計可以結(jié)合GPS導(dǎo)航系統(tǒng)使用，在GPS信號短暫不可用時提供服務(wù)。較短的積分周期(一分鐘左右)可以獲得令人滿意的結(jié)果，而且巧妙的算法可以利用替代方法提供良好的精度。例如在步行時，每走一步，身體都會上下運動。加速度計可以用來制作高度精確的計步器，其測量步行距離的精度可達±1%以內(nèi)。

　　重低音伺服控制。將加速度計安裝在重低音喇叭上，以便提供位置反饋，進而通過伺服方法消除失真。

　　現(xiàn)實。目前市場上已有多種帶伺服控制的有源重低音音箱。伺服控制可以大大降低諧波失真和功率壓縮。伺服控制也可以通過電子方式降低揚聲器/音箱系統(tǒng)的Q，從而允許使用更小的音箱，詳見揚聲器失真降低(Richard A. Greiner和Travis M. Sims, Jr., JAES Vol. 32, No. 12)。ADXL193小而輕，加到揚聲器喇叭上之后，并不會顯著改變整體聲學(xué)特征。

　　神經(jīng)肌肉刺激器。本應(yīng)用可以在適當?shù)臅r候刺激肌肉，以幫助對小腿肌肉失去控制的人走路。

　　現(xiàn)實。走路時，一般先抬腳，使腿部前移，然后落下，向后推腿部。加速度計戴在小腿或腳上的某個位置，以便檢測腿的位置。然后通過電子方式刺激適當?shù)募∪?，使腳根據(jù)需要而屈伸。

　　這是微加工加速度計使一項產(chǎn)品切實可行的范例。早期型號使用液體傾斜傳感器或活動滾珠軸承(用作開關(guān))來確定腿的位置。液體傾斜傳感器的問題在于液體會晃動，因此只能慢速步行。在山路上行走時，很容易迷惑滾珠軸承開關(guān)。加速度計則是測量腿后移與腿前移之間的差別，因此山路無法愚弄該系統(tǒng)，而且也不存在液體晃動問題。加速度計功耗很低，系統(tǒng)可以采用小型鋰電池工作，使得最終封裝產(chǎn)品并不顯眼。這項應(yīng)用已經(jīng)實現(xiàn)。

　　汽車噪聲消除。加速度計檢測車廂內(nèi)的低頻振動，消除噪聲系統(tǒng)利用立體聲系統(tǒng)中的揚聲器消除該振動。

　　想入非非。雖然加速度計可以毫無困難地拾取車廂內(nèi)的振動，但消除噪聲在很大程度上取決于相位。雖然我們可以消除某個位置的噪聲(例如駕駛員頭部周圍)，但其它位置的噪聲可能會增加。

　　結(jié)束語

　　表面微加工加速度計具有高靈敏度、小尺寸、低成本、封裝結(jié)實等特點，能夠測量靜態(tài)和動態(tài)加速力，因而使眾多新型應(yīng)用得以實現(xiàn)。其中有許多應(yīng)用并不屬于加速度計的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍，超出了人們的預(yù)期。現(xiàn)在看來，設(shè)計人員的想象力似乎才是潛在應(yīng)用范圍的限制因素，但有時候，設(shè)計人員也會想象過頭!性能的不斷改進將催生越來越多的應(yīng)用，但對那些違背物理定律的所謂“解決方案”最好敬而遠之。