加速度計是用于測量加速度的傳感器。加速度表示單位時間內速度的增加,在物理學中,加速度作為能夠對物體施加力的參數很重要。加速度計大致分為電容式、壓電式(壓阻式)和熱傳感式。每種方法的傳感器具有不同的可檢測加速度。電容式方法可以檢測重力加速度,而壓電式(壓阻式)方法則不能。
加速度傳感器的應用
加速度計不僅用于簡單地測量加速度,還可以通過加速度來測量其他參數。前者的用途示例包括內置于智能手機和便攜式游戲機中的傳感器、用于激活汽車安全氣囊的碰撞檢測傳感器以及地震計等其他傳感器。后者的用途包括傾斜計和計步器
,它們使用可以檢測重力加速度的電容式加速度傳感器。
加速度傳感器原理
加速度計大致分為電容法、壓電(壓阻)法和熱傳感法。每種方法的基本原理都是相同的,傳感器分為固定部分和柔性部分。當加速度施加到加速度傳感器時,柔性部分會變形。
該元件通過檢測固定部分和變形的柔性部分之間的差異來測量加速度。在電容式方法中,每個固定部分和柔性部分上都有電極。該傳感器由固定部分和柔性部分組成,電極呈梳狀交替排列。
當施加加速度時,固定部分和柔性部分的電極之間的電容發生變化,因此可以根據變化量計算加速度。由于即使在不施加加速度(僅施加重力加速度)時也具有電容,因此可以測量重力加速度。圖 1 顯示了使用3 軸加速度傳感器檢測重力加速度的計步器示例。
(a)為傳感器直接測量的數據,表示計步器貼在行人適當位置時身體重心加速度的時間序列數據。該數據包含作為低頻(DC)分量的重力加速度,并且通過應用低通濾波器,僅提取重力加速度,如數據(b)中所示。
同時,通過對數據(a)應用帶通濾波器,獲得去除了低頻重力加速度分量和高頻噪聲分量的數據(c)。數據(b)和(c)是三個軸(x,y,z)上的時間序列數據,如果在行走時(測量期間)傳感器的方向發生變化,則每個軸上檢測到的值也會發生變化。 我會做。
這里,通過對(b)和(c)中的數據每次取內積(即三維向量的內積),我們可以計算出加速度的重力方向分量(一軸)物體的重心如數據(d)所示,可以獲得系列數據。
這樣,無論傳感器的朝向如何,通過對重力加速度進行正交投影,即將矢量轉換為標量,并基于此數據,就可以得到行人加速度的重力方向分量(d)這允許您計算步行間距和步數。
壓電(壓阻)方法使用壓電元件來測量加速度。壓電元件在加速下變形時會產生電流。測量產生的電流作為加速度。
有關加速度傳感器的其他信息
1.加速度傳感器和陀螺儀傳感器的區別
陀螺儀傳感器是性能與加速度傳感器類似的一種傳感器。在這里,我們將解釋加速度傳感器和陀螺儀傳感器之間的區別。
顧名思義,加速度計是測量加速度的傳感器。另一方面,陀螺儀傳感器是測量“角速度”的傳感器,因此兩者檢測到的物理量是不同的。
陀螺儀傳感器利用科里奧利力來檢測物體的方向和姿勢,并將其輸出為電信號。它用于測量物體的傾斜度,并安裝在汽車導航系統、具有圖像穩定功能的數碼相機、智能手機和游戲機等各種電子設備中。
此外,通過組合加速度傳感器和陀螺儀傳感器,還可以更詳細地測量物體的運動。例如,復合傳感器技術用于汽車導航系統,這是一種結合了兩種類型傳感器的車載配件。
這使得陀螺儀傳感器可以確定車輛的方向,加速度傳感器可以確定行駛的距離,即使在無線電波難以到達的地方(例如隧道中)也可以準確地顯示當前位置。
2. 加速度傳感器的使用方法
為了使用加速度傳感器實現所需的應用,需要提前確認所需的測量范圍或頻帶。例如,當在游戲機控制器中安裝加速度傳感器時,假設用戶將通過搖動控制器來操作控制器,則需要使用測量范圍超出所需范圍的傳感器。
一旦您決定了適合測量目標的加速度計,您就可以實際連接傳感器并創建測量程序。這時重要的是“參數設置”。在參數設置中,您可以更改傳感器靈敏度和0g(重力加速度為0時)輸出電平。如果你沒有適當地設置這些,將很難實現你想要的應用程序。
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