飛思卡爾加速度傳感器功能及特性
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加速傳感器工作原理及架構(gòu)
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(bào)警ic。其中，慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測(cè)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(jiān)控、
運(yùn)動(dòng)診斷、 防盜裝置、 電器平衡、 地震檢測(cè)、 傾角/傾斜儀及便攜式電子設(shè)備中。
加速傳感器可用來(lái)偵測(cè)x、y、z軸方向的加速度，以類(lèi)比電壓來(lái)表示所偵測(cè)的加速度的大小，在ic內(nèi)部主要由雙芯片構(gòu)成，即重力感測(cè)單元（負(fù)責(zé)加速度的偵測(cè)）與控制ic單元（負(fù)責(zé)信號(hào)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(cè)單元將檢測(cè)到的加速度變化量信號(hào)送到電荷積分器做積分運(yùn)算，而后進(jìn)行取樣、保持及信號(hào)放大處理，最后用低通濾波器濾除高頻噪音，在溫度補(bǔ)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(cè)的加速度值會(huì)維持線性比例的特性，不會(huì)受到溫度的影響。
為了說(shuō)明x軸向g感測(cè)單元的感測(cè)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(cè)單元即利用電容的原理設(shè)計(jì)出來(lái)的，在圖2中左上角的小區(qū)塊可以看到，藍(lán)色的部分代表可移動(dòng)的電極板，而在藍(lán)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(lán)色電極板與左右偏置板形成兩個(gè)電容，當(dāng)藍(lán)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(jì)算出加速度的大小。
z 軸向垂直g感測(cè)單元的感測(cè)原理與x軸向g感測(cè)單元的感測(cè)原理相同，只是架構(gòu)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(lán)色的底板則是固定的極板。當(dāng)紅色的極板因?yàn)榧铀俣鹊挠绊懚淖兣c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(jì)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(cè)單元的架構(gòu)，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(jié)構(gòu)是顯而易見(jiàn)的。
圖5顯示了z軸向g感測(cè)單元的架構(gòu)，左圖中，紅色的區(qū)塊為固定極板，而綠色區(qū)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(jié)構(gòu)是截然不同的。
加速傳感器的6種感應(yīng)功能
1）傾斜度偵測(cè)
傾斜度偵測(cè)電子羅盤(pán)，傾斜儀，文本滾動(dòng)瀏覽/用戶界面，圖像旋轉(zhuǎn)，lcd投影，物理治療法。
加速傳感器在靜止時(shí)，可用來(lái)檢測(cè)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(duì)應(yīng)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(cè)量?jī)A斜角度時(shí)，需考慮傾斜角解析度與ad轉(zhuǎn)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(yīng)，縱軸代表加速傳感器的輸出電壓，橫軸代表傾斜角度，從線型可知，在0度范圍，傾斜角與電壓呈線性變化。而在
90度范圍，傾斜角與電壓則呈現(xiàn)飽和情況。
2）運(yùn)動(dòng)檢測(cè)
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)可用于運(yùn)動(dòng)控制，計(jì)步器，基本運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。
在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)時(shí)，需要考慮到幾個(gè)因素，包括：如何計(jì)算它的位移，g值的范圍選擇及使用量測(cè)軸。首先確定位移：計(jì)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(jù)對(duì)象的不同，g值的范圍在2~20g之間變化。
圖8 給出了跳躍運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知，當(dāng)跳躍至最高點(diǎn)時(shí)處于無(wú)重力的狀態(tài)，當(dāng)落至地面時(shí)加速度出現(xiàn)近似脈沖的波形，由曲線的變化即可判斷具體的運(yùn)動(dòng)情況。
評(píng)論