設備管理系統

加速度感測器應用

介紹

加速度感測器是用來測量加速度的,廣泛用在工業設備中,現在隨著家用及個人電子設備的應用不斷增加,加速度感測器應用涉及到人們生活工作的方方面面,下面就舉一些應用場景的例子,可以讓各位讀者有一個直觀的感受。

加速度感测器应用于地震检波器设计
地震检波器是用于地质勘探和工程测量的专用感测器,是一种将地面振动转变为电信号的感测器,能把地震波引起的地面震动转换成电信号,经过模/数转换器转换成二进位资料、进行资料组织、存储、运算处理。加速度感测器可以提供多轴的检测,利用地震波的震荡产生的加速动能进行震波的测试。

加速度感测器技术应用于车祸报警
在汽车工业高速发展的现代,汽车成为了人们出行主要的交通工具之一,但是因交通事故的伤亡数量也十分巨大。在资讯化的现代利用高科技去挽救人的生命将会是重大研究的主题之一,基于加速度的车祸报警系统逐渐普及,目前新推出的汽车大多都已经具备了安全辅助驾驶的功能,其中利用到加速度感测器来触发的安全气囊在生命安全保障中起到关键作用,而利用检测车辆在行驶中的震动状况,电子安全带也比传统安全带的反应速度大大提高,给汽车行业带来更多的安全。

 

加速度感測器應用於監測高壓導線舞動

目前國內對導線舞動監測多採用視頻圖像採集和運動加速度測量兩種主要技術方案。前者在野外高溫、高濕、嚴寒、濃霧、沙塵等天氣條件下,不僅對視頻設備的可靠性、穩定性要求很高,而且拍攝的視頻圖像的效果也會受到影響,在實際使用中只能作為輔助監測手段,無法定量分析導線運動參數;而採用加速度感測器監測導線舞動情況,雖可定量分析輸電導線某一點上下振動和左右擺動的情況,但只能測出導線直線運動的振幅和頻率,而對於複雜的圓周運動,則需要加入現場處理器進行複雜計算,推算出運動的狀態。採用加速度感測器與其他檢測設備共同協作進行導線舞動的檢測可靠性、穩定性都大大提高。

 

汽車安全

加速度感測器主要用於汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。

在安全應用中,加速度計的快速反應非常重要。安全氣囊應在什麼時候彈出要迅速確定,所以加速度計必須在瞬間做出反應。通過採用可迅速達到穩定狀態而不是振動不止的感測器設計可以縮短器件的反應時間。其中,壓阻式加速度感測器由於在汽車工業中的廣泛應用而發展最快。

 

作為新興應用,電子安全帶的應用也越來越多,利用車身發生碰撞時產生的加速度信號,迅速鎖緊安全帶,反應速度大為提高,有效減少因為衝擊導致的二次傷害。

 

遊戲控制

加速度感測器可以檢測上下左右的傾角的變化,因此通過前後傾斜手持設備來實現對遊戲中物體的前後左右的方向控制,就變得很簡單。從VR的遊戲中引申出來的各種虛擬實境應用,正在慢慢擴大,而隨著5G時代的到來,VR的應用更加廣泛,加速度感測器也越來越得到廣泛的應用。

 

圖像自動翻轉

用加速度感測器檢測手持設備的旋轉動作及方向,實現所要顯示圖像的轉正。在遠端教育,遠端觀賞等應用中,用戶可以猶如身臨其境一般,體驗感得到大大改善,這都得益於加速度感測器的應用。

 

電子指南針傾斜校正

磁感測器是通過測量磁通量的大小來確定方向的。當磁感測器發生傾斜時,通過磁感測器的地磁通量將發生變化,從而使方向指向產生誤差。因此,如果不帶傾斜校正的電子指南針,需要使用者水準放置。而利用加速度感測器可以測量傾角的這一原理,可以對電子指南針的傾斜進行補償。

 

GPS導航系統死角的補償

GPS系統是通過接收三顆呈120度分佈的衛星信號來最終確定物體的方位的。在一些特殊的場合和地貌,如遂道、高樓林立、叢林地帶,GPS信號會變弱甚至完全失去,這也就是所謂的死角。而通過加裝加速度感測器及以前我們所通用的慣性導航,便可以進行系統死區的測量。對加速度感測器進行一次積分,就變成了單位元時間裡的速度變化量,從而測出在死區內物體的移動。

 

計步器功能

加速度感測器可以檢測交流信號以及物體的振動,人在走動的時候會產生一定規律性的振動,而加速度感測器可以檢測振動的過零點,從而計算出人所走的步或跑步所走的步數,從而計算出人所移動的位移。並且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗。

 

防手抖功能

用加速度感測器檢測手持設備的振動/晃動幅度,當振動/晃動幅度過大時鎖住照相快門,使所拍攝的圖像永遠是清晰的。

 

閃信功能

通過揮動手持設備實現在空中顯示文字,使用者可以自己編寫顯示的文字。這個閃信功能是利用人們的視覺殘留現象,用加速度感測器檢測揮動的週期,實現所顯示文字的準確定位。

 

硬碟保護

利用加速度感測器檢測自由落體狀態,從而對迷你硬碟實施必要的保護。大家知道,硬碟在讀取資料時,磁頭與碟片之間的間距很小,因此,外界的輕微振動就會對硬碟產生很壞的後果,使資料丟失。而利用加速度感測器可以檢測自由落體狀態。當檢測到自由落體狀態時,讓磁頭重定,以減少硬碟的受損程度。

 

設備或終端姿態檢測

加速度感測器和陀螺儀通常稱為慣性感測器,常用於各種設備或終端中實現姿態檢測,運動檢測等,也就很適合玩體感遊戲的人群。加速度感測器利用重力加速度,可以用於檢測設備的傾斜角度,但是它會受到運動加速度的影響,使傾角測量不夠準確,所以通常需利用陀螺儀和磁感測器補償。同時磁感測器測量方位角時,也是利用地磁場,當系統中電流變化或周圍有導磁材料時,以及當設備傾斜時,測量出的方位角也不準確,這時需要用加速度感測器(傾角感測器)和陀螺儀進行補償。

 

智慧產品

加速度感測器在微信功能中的創新功能突破了電子產品的千篇一律,這個功能的實現來源感測器的方向、加速表、光線、磁場、臨近性、溫度等參數的特性。這個原理是手機裡面集成的加速度感測器,它能夠分別測量X、Y、Z三個方面的加速度值,X方向值的大小代表手機水準移動,Y方向值的大小代表手機垂直移動,Z方向值的大小代表手機的空間垂直方向,天空的方向為正,地球的方向為負,然後把相關的加速度值傳輸給作業系統,通過判斷其大小變化,就能知道同時玩微信的朋友。

威雅利電子的技術專家的建議

看到如此多的應用,對於一名設計人員來說,如何選擇合適自己的產品尤為重要。

▶ 根據實際應用的需求,選擇符合測量的容量範圍,例如所測量的需求最大值為3G的加速度,那麼就要選擇滿量程為6G的感測器,而不能選擇2G的量程的感測器;

▶ 根據自己產品設計的電氣參數要求,選擇使用5V系統的產品還是3.3V系統的產品,威雅利電子提供的意法半導體與村田製作所產品裡,都可以尋找到合適的型號;

▶ 根據自己需要的採樣資料來確定,是用數位輸出,直接可以導入處理器中進行更豐富的演算法和應用,還是採用模擬輸出,生成一個快速回應的觸發開關,這都是根據自身的設計需求進行規劃的。

 

通過以上的選型思路,我們可以快速地勾勒出一個我們需要的產品類型。然後在威雅利電子的官網中進一步尋找合適的產品,當我們的目標型號縮小到只有幾個可選範圍時,此時產品的型號與功能已經是類同的,那我們該如何從中挑選出合適自己的型號呢?

那接下來是更專業的總結,希望能夠讓大家深入瞭解加速度感測器的認識。

 

每種加速度感測器技術都有其優缺點。在做出選擇之前,明確它們的區別和測試需求是非常重要的。首先也是最重要的是,對於需要測量靜態加速度或低頻加速度(<1Hz)的應用,或者需要用加速度來計算速度和位移的應用,需要選擇具有直流回應的加速度感測器。直流和交流回應的加速度感測器都可以測量動態信號。當僅需要測量動態信號時,使用者可以各取所好。有些使用者不喜歡處理直流回應加速度感測器的零點偏置,而更加喜歡交流耦合、單端輸出的壓電加速度感測器。而另一些使用者不在乎處理零點偏置,習慣三線或四線介面,喜歡負載電阻自檢測試和重力加速度自檢測試功能,他們會選擇直流回應加速度感測器。

 

總的來說:電荷輸出模式的壓電加速度感測器是最耐久的一種設計,這主要由於它結構簡單,材料堅固可靠。對於高溫(>125°C)動態測試,電荷輸出模式的壓電加速度感測器是毫無疑問的選擇,也是唯一的選擇。對於電荷輸出模式的壓電加速度感測器,配備低雜訊同軸電纜和電荷放大器(或線上電荷轉換器)是必須的,因此威雅利提供的產品裡就具有這樣的線纜產品供大家選擇。

 

電壓輸出型壓電加速度感測器是最常用於動態測試的。其具有小的尺寸,寬的頻寬,內置電荷放大器使得其與現有儀器或資料獲取器(具有IEPE/ICP介面)可以直接連接。電壓輸出型壓電加速度感測器一般用於125°C以下的應用,但是由於其輸出阻抗低,不需要使用低雜訊同軸電纜。

 

電容型加速度感測器通常設計成臨界阻尼或過阻尼狀態,適合做低頻測試。其低成本,SMD封裝的器件適合汽車、消費品等大批量的應用,這些應用對精度的要求往往不高。價格更昂貴的儀用級別的MEMS結構電容型加速度傳感器具有良好的零點穩定性和較低的雜訊。電容型加速度感測器一般都具有低的輸出阻抗,2~5V的輸出擺幅,需要穩定的直流電壓供電,在我們的產品裡,能提供壓阻型加速度感測器種類很多,具有不同的頻率回應範圍和動態範圍。作為具有直流回應的感測器,它們能夠測試靜態加速度,進而準確的計算速度和位移。壓阻型加速度感測器的頻率響應頻寬足夠做大部分的動態測試。它們的阻尼可以設計成不同值,這使得它們適應不同的測試條件,包括衝擊測試。單純壓阻型加速度感測器(不包含信號調理電路)可以製作得很小很輕,具有中等輸出阻抗(<5000歐)和100~200mV的滿量程輸出。而帶放大的壓阻型加速度感測器(內置信號調理晶片)具有較低的輸出阻抗(<100歐)和2~5V的滿量程輸出。

 

這樣,我們就基本上確定了我們的選擇範圍,最後就是找我們專業銷售部門就行了!

參考方案

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