加速傳感器的分類工作原理及在各領(lǐng)域中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2018-10-12 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】速度這個(gè)詞在我 們的生活中可以說是無處不在的,今天我們來了解一下加速傳感器的工作原理,以便我們更好的使用生活中的電子設(shè)備。
速度這個(gè)詞在我們的生活中可以說是無處不在的,今天我們來了解一下加速 傳感器的工作原理,以便我們更好的使用生活中的電子設(shè)備。
加速傳感器顧名思義就是一種能夠測(cè)量出產(chǎn)品加速度的一種設(shè)備。生活中我們一般常用的主要是兩種加速度計(jì),分別是角加速度計(jì)和線加速度計(jì)。生活中我們又將它分為四種類別,分別是壓電式加速度傳感器、壓阻式加速度傳感器、 電容式傳感器、伺服式傳感器。
加速度傳感器有兩種:一種是角加速度傳感器,是由陀螺儀改進(jìn)過來的。另一種就是線加速度傳感器。它也可以按測(cè)量軸分為單軸、雙軸和三軸加速度傳感器。
加速度傳感器的具體應(yīng)用領(lǐng)域主要在汽車安全領(lǐng)域、游戲控制領(lǐng)域、圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn)領(lǐng)域、電子 指南針 傾斜校正領(lǐng)域、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)死角的補(bǔ)償領(lǐng)域、 計(jì)步器 功能領(lǐng)域、防手抖功能領(lǐng)域、閃信功能領(lǐng)域、硬盤保護(hù)領(lǐng)域、設(shè)備或終端姿態(tài)檢測(cè)領(lǐng)域、智能產(chǎn)品等幾大領(lǐng)域,涉及之廣可謂無處不在,由此可見,我們了解加速傳感器的工作原理的重要性。
我們常見的大多數(shù)傳感器都基本上通用一個(gè)工作原理,那就是壓電效應(yīng)。我們順便對(duì)壓電效應(yīng)做一下介紹,以便讓大家更好的了解它的工作原理。壓電效應(yīng)就是指某些電介質(zhì)在遇到外來影響而變形的時(shí)候,在晶體內(nèi)部就會(huì)發(fā)生極化這種現(xiàn)象,同時(shí)會(huì)在晶體的表面產(chǎn)生正負(fù)極的電荷。當(dāng)外來影響消失的時(shí)候,就又會(huì)回到不帶電的初始狀態(tài),這就是壓電效應(yīng)。下面我們就來講講加速度傳感器所應(yīng)用的幾個(gè)常見領(lǐng)域。
車身安全、控制及導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用
加速度傳感器已被廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域,主要集中在車身操控、安全系統(tǒng)和導(dǎo)航,典型的應(yīng)用如汽車安全氣囊(Airbag)、ABS防抱死剎車系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序(ESP)、電控懸掛系統(tǒng)等。
目前車身安全越來越得到人們的重視,汽車中安全氣囊的數(shù)量越來越多,相應(yīng)對(duì)傳感器的要求也越來越嚴(yán)格。整個(gè)氣囊控制系統(tǒng)包括車身外的沖擊傳感器(Satellite Sensor)、安置于車門、車頂,和前后座等位置的加速度傳感器(G-Sensor)、電子控制器,以及安全氣囊等。電子控制器通常為16位或32位MCU,當(dāng)車身受到撞擊時(shí),沖擊傳感器會(huì)在幾微秒內(nèi)將信號(hào)發(fā)送至該電子控制器。
隨后電子控制器會(huì)立即根據(jù)碰撞的強(qiáng)度、乘客數(shù)量及座椅/安全帶的位置等參數(shù),配合分布在整個(gè)車廂的傳感器傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和做出相應(yīng)評(píng)估,并在最短的時(shí)間內(nèi)通過電爆驅(qū)動(dòng)器(Squib Driver)啟動(dòng)安全氣囊保證乘客的生命安全。
通常僅靠ABS和牽引控制系統(tǒng)無法滿足車輛在彎曲路段上的行車安全要求。該場(chǎng)合下電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng) (ESC) 就能夠通過修正駕駛員操作中的轉(zhuǎn)向不足或過度轉(zhuǎn)向,來控制車輛使其不偏離道路。該系統(tǒng)通過使用一個(gè)陀螺儀來測(cè)量車輛的偏航角,同時(shí)用一個(gè)低重力加速度傳感器來測(cè)量橫向加速度。將所得測(cè)量數(shù)據(jù)與通過行駛速度和車輪傾斜角兩項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行比對(duì),從而調(diào)整車輛轉(zhuǎn)向以防止發(fā)生側(cè)滑。
除了車身安全系統(tǒng)這類重要應(yīng)用以外,目前加速度傳感器在導(dǎo)航系統(tǒng)中的也在扮演重要角色。 其主要利于GPS衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位。而當(dāng)進(jìn)入衛(wèi)星信號(hào)接收不良的區(qū)域或環(huán)境中,如遂道、高樓林立、叢林地帶,就會(huì)因失去信號(hào)而喪失導(dǎo)航功能。基于MEMS技術(shù)的3軸加速度傳感器配合陀螺儀或電子羅盤等元件一起可創(chuàng)建方位推算系統(tǒng)(DR, Dead Reckoning),對(duì)GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)性應(yīng)用。
MEMS加速度傳感器在醫(yī)療可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用
隨著可穿戴智能設(shè)備的發(fā)展,特別是醫(yī)療可穿戴智能設(shè)備,主要依靠的是微型化的各種MEMS陀螺儀、加速度傳感器等的運(yùn)用,用來檢測(cè)到穿戴者的身體各項(xiàng)信息。例如, MEMS傳感器在無創(chuàng)胎心檢測(cè)中的應(yīng)用。
檢測(cè)胎兒心率是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作,由于胎兒心率很快,在每分鐘l20~160次之間,用傳統(tǒng)的聽診器甚至只有放大作用的超聲多普勒儀,用人工計(jì)數(shù)很難測(cè)量準(zhǔn)確。 此外,超聲振動(dòng)波作用于胎兒,會(huì)對(duì)胎兒產(chǎn)生很大的不利作用盡管檢測(cè)劑量很低,也屬于有損探測(cè)范疇,不適于經(jīng)常性、重復(fù)性的檢查及家庭使用。
這時(shí),MEMS加速度傳感器,便可以提供一種無創(chuàng)胎心檢測(cè)方法,研制出一種簡(jiǎn)單易學(xué)、直觀準(zhǔn)確的介于胎心聽診器和多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫(yī)療輔助儀器。
通過加速度傳感器將胎兒心率轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào),經(jīng)前置放大用的儀器放大器實(shí)現(xiàn)差值放大。然后進(jìn)行濾波等一系列中間信號(hào)處理,用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。通過光隔離器件輸入到單片機(jī)進(jìn)行分析處理,最后輸出處理結(jié)果。
硬盤抗沖擊防護(hù)
目前由于海量數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)方面的需求,硬盤和光驅(qū)等元器件被廣泛應(yīng)用到筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)/攝相機(jī)、便攜式DVD機(jī)、PMP等設(shè)備中。便攜式設(shè)備由于其應(yīng)用場(chǎng)合的原因,經(jīng)常會(huì)意外跌落或受到碰撞,而造成對(duì)內(nèi)部元器件的巨大沖擊。
為了使設(shè)備以及其中數(shù)據(jù)免受損傷,越來越多的用戶對(duì)便攜式設(shè)備的抗沖擊能力提出要求。
一般便攜式產(chǎn)品的跌落高度為1.2~1.3米,其在撞擊大理石質(zhì)地面時(shí)會(huì)受到約50KG的沖擊力,硬盤等高速旋轉(zhuǎn)的器件卻在此類沖擊下顯得十分脆弱。
如果在硬盤中內(nèi)置3軸加速度傳感器,當(dāng)?shù)浒l(fā)生時(shí),系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到加速的突然變化,并執(zhí)行相應(yīng)的自我保護(hù)操作,如關(guān)閉抗震性能差的電子或機(jī)械器件,讓磁頭復(fù)位,以減少硬盤的受損程度。
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