加速度計和陀螺儀傳感器：原理、檢測及應(yīng)用

　　2. 靈敏度 (mV/g或LSB/g)：靈敏度衡量最小可檢測信號，或輸入級每次變化時輸出電信號的變化。與檢測頻率點相關(guān)。

　　3. 電壓噪聲密度(μg/SQRT Hz)：電壓噪聲隨帶寬的平方根倒數(shù)變化。我們讀取加速度計的速度變化越快，得到的精度越差。工作在輸出信號較小的較低g條件時，噪聲對加速度計性能的影響較大。

　　4. 0g電壓：該指標(biāo)表示加速度為0g時預(yù)計輸出電壓的范圍。

　　5. 頻率響應(yīng)(Hz)：以容限范圍(±5%等)給出頻率范圍，在該頻率范圍內(nèi)，傳感器將檢測運動并提供有效輸出。規(guī)定的容限范圍使用戶能夠計算器件在規(guī)定頻率范圍內(nèi)的任何頻率下相對于參考靈敏度的偏差。

　　6. 動態(tài)范圍(g)：加速度計可測量的最小檢測幅值與輸出信號失真或削波之前最大幅值之間的范圍。

　　6 加速度計與陀螺儀的比較

　　介紹MEMS應(yīng)用之前，我們必須理解加速度計與陀螺儀之間的不同。加速度計測量沿一個或多個軸的線性加速度(單位為mV/g);陀螺儀測量角速度(單位為mV/deg/s)。如果我們使加速度計進行旋轉(zhuǎn)(例如俯仰)(圖8)，d1和d2的距離不發(fā)生變化。所以加速度計的輸出不響應(yīng)角速度變化。

　　我們可構(gòu)建不同的傳感器，包含諧振傳感器的內(nèi)部框架通過彈簧連接至基片，與諧振運動成90度角(圖9)。那么我們就可以通過檢測內(nèi)部框架和基片之間安裝的電極電容，測量科里奧利加速度。

　　6 加速度計和陀螺儀應(yīng)用

　　加速度計很久以來被廣泛用于汽車領(lǐng)域，用于檢測汽車碰撞，或在正確的時間開啟氣囊。其在移動領(lǐng)域的應(yīng)用也很普遍，例如肖像和風(fēng)景模式之間切換、輕觸切換至下首歌曲、設(shè)備放在口袋時通過衣服輕拍，或者防抖動拍攝及光學(xué)穩(wěn)像。

　　7 室內(nèi)導(dǎo)航

　　加速度是速度的變化速率：

　　通過單次或二重積分，我們可根據(jù)加速度計輸出分別獲得速度和距離信息。通過增加陀螺儀提供的信息，即可利用特殊技術(shù)跟蹤物體相對于已知起點的位置和方位。該信息用于室內(nèi)導(dǎo)航，無需外部參考或GPS信號(圖10)。

　　8 光學(xué)穩(wěn)像

　　人類手臂晃動的頻率極低(10Hz至20Hz)。用最小、最輕的智能手機及照相機拍攝圖片時，手會發(fā)生抖動，造成圖像模糊。諸如光學(xué)縮放等特性加劇了這一問題，使圖像更加模糊。

　　假設(shè)一部SVGA照相機的分辨率為800x600像素，視角為45度，傳感器水平漂移為0.08度。45/800 = 0.056度，對應(yīng)于1.42像素的模糊。隨著照相機分辨率的提高，模糊覆蓋更多像素，造成圖像失真更嚴(yán)重。

　　基于陀螺儀的光學(xué)穩(wěn)像(圖11)及修正軟件通過將機械陀螺儀的測量數(shù)據(jù)發(fā)送至微控制器及直線電機，以移動圖像傳感器，從而補償圖像模糊。

　　9 手勢控制

　　我們可將MEMS加速度計傳感器用于無線鼠標(biāo)的手勢控制、輪椅方向控制或Wii?控制臺中的陀螺儀。其它例子還包括利用手勢控制電視上光標(biāo)的智能設(shè)備、“虛擬”旋鈕，甚至利用手持式無線傳感器單元控制外部設(shè)備的手勢命令。

　　10 結(jié)論

　　MEMS加速度計傳感器和陀螺儀長久以來已經(jīng)廣泛用于運輸、太空、工業(yè)機器人及汽車領(lǐng)域。但其應(yīng)用的多樣性現(xiàn)在已經(jīng)擴展至智能手機，為我們提供了與智能設(shè)備進行運動和手勢交互的全新方式。理解MEMS行為以及加速度計或陀螺儀的特性，使設(shè)計者能夠為大批量應(yīng)用設(shè)計更高效和低成本產(chǎn)品。這些MEMS器件也允許我們創(chuàng)建新的應(yīng)用，顛覆運動、身體活動及手勢對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憽?/p>