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加速度傳感器原理及選用

2011-4-28  閱讀(976)

 什么是加速度傳感器,?

  加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力,,就好比地球引力,也就是重力,。加速力可以是個常量,,比如g,,也可以是變量。

  加速度傳感器一般用在哪里,?

  通過測量由于重力引起的加速度,,你可以計算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動態(tài)加速度,,你可以分析出設(shè)備移動的方式,。但是剛開始的時候,你會發(fā)現(xiàn)光測量傾角和加速度好像不是很有用,。但是,,現(xiàn)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。

  加速度傳感器可以幫助你的機器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境,。是在爬山,?還是在走下坡,摔倒了沒有,?或者對于飛行類的機器人來說,,對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是,,你的機器人沒有帶著炸彈自己前往人群密集處,。一個好的程序員能夠使用加速度傳感器來回答所有上述問題。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動機的振動,。

  目前IBM Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器,,能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動,并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù),,系統(tǒng)會智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運行,,這樣可以zui大程度的保護(hù)由于振動,比如顛簸的工作環(huán)境,,或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害,,zui大程度的保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個用處就是目前用的數(shù)碼相機和攝像機里,,也有加速度傳感器,,用來檢測拍攝時候的手部的振動,并根據(jù)這些振動,,自動調(diào)節(jié)相機的聚焦,。


  加速度傳感器是如何工作的?

  多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的,。

  所謂的壓電效應(yīng)就是 "對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外,,還將改變晶體的極化狀態(tài),在晶體內(nèi)部建立電場,,這種由于機械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng) ",。

  一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個特性,。由于這個變形會產(chǎn)生電壓,只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系,,就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出,。當(dāng)然,還有很多其它方法來制作加速度傳感器,,比如電容效應(yīng),,熱氣泡效應(yīng),光效應(yīng),,但是其zui基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形,,通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

  在選購加速度傳感器的時候,,需要考慮什么,?

  模擬輸出 vs 數(shù)字輸出:
  這個是zui先需要考慮的。這個取決于你系統(tǒng)中和加速度傳感器之間的接口,。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的,,比如2.5V對應(yīng)0g的加速度,2.6V對應(yīng)于0.5g的加速度,。數(shù)字輸出一般使用脈寬調(diào)制(PWM)信號,。

  如果你使用的微控制器只有數(shù)字輸入,比如BASIC Stamp,,那你就只能選擇數(shù)字輸出的加速度傳感器了,,但是問題是你必須占用額外的一個時鐘單元用來處理PWM信號,同時對處理器也是一個不小的負(fù)擔(dān),。

  如果你使用的微控制器有模擬輸入口,,比如PIC/AVR/OOPIC,你可以非常簡單的使用模擬接口的加速度傳感器,,所需要的就是在程序里加入一句類似"acceleration=read_adc()"的指令,,而且處理此指令的速度只要幾微秒。

  測量軸數(shù)量:

  對于多數(shù)項目來說,,兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用了,。對于某些特殊的應(yīng)用,比如UAV,,ROV控制,,三軸的加速度  傳感器可能會適合一點。

  zui大測量值:

  如果你只要測量機器人相對于地面的傾角,,那一個±1.5g加速度傳感器就足夠了,。但是如果你需要測量機器人的動態(tài)性能,±2g也應(yīng)該足夠了。要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止的情況出現(xiàn),,那你需要一個±5g的傳感器,。

  靈敏度

  一般來說,,越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內(nèi)的加速度變化更敏感,,輸出電壓的變化也越大,,這樣就比較容易測量,從而獲得更的測量值,。

  帶寬

  這里的帶寬實際上指的是刷新率,。也就是說每秒鐘,傳感器會產(chǎn)生多少次讀數(shù),。對于一般只要測量傾角的應(yīng)用,,50HZ的帶寬應(yīng)該足夠了,但是對于需要進(jìn)行動態(tài)性能,,比如振動,,你會需要一個具有上百HZ帶寬的傳感器。

  電阻/緩存機制

  對于有些微控制器來說,,要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化,,其連接的傳感器阻值必須小于10kΩ。比如Analog Devices's analog 加速度傳感器的阻值為32kΩ,,在PIC和AVR控制板上無法正常工作,,所以建議在購買傳感器前,仔細(xì)閱讀控制器手冊,,確保傳感器能夠正常工作,。
 

文章出處:http://www.sensorway.cn/knowledge/134.html



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