單軸加速度傳感器的設計要點是什麼？

 

單軸加速度傳感器檢測傾斜角時，檢測軸垂直於重力平麵還是平行於重力平麵?

 

單(dan)軸(zhou)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)在(zai)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)應(ying)用(yong)

，比(bi)如(ru)簡(jian)單(dan)的(de)有(you)限(xian)角(jiao)度(du)傾(qing)斜(xie)角(jiao)檢(jian)測(ce)。以(yi)檢(jian)測(ce)汽(qi)車(che)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)來(lai)舉(ju)例(li)，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)汽(qi)車(che)側(ce)滑(hua)和(he)翻(fan)車(che)
，一(yi)般(ban)汽(qi)車(che)會(hui)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)檢(jian)測(ce)汽(qi)車(che)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)。此(ci)時(shi)檢(jian)測(ce)軸(zhou)應(ying)該(gai)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)。因(yin)為(wei)檢(jian)測(ce)軸(zhou)與(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)垂(chui)直(zhi)時(shi)

，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)於(yu)小(xiao)角(jiao)度(du)變(bian)化(hua)的(de)敏(min)感(gan)度(du)比(bi)較(jiao)高(gao)，而(er)汽(qi)車(che)傾(qing)斜(xie)的(de)角(jiao)度(du)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)太(tai)大(da)。下(xia)麵(mian)我(wo)們(men)對(dui)比(bi)這(zhe)兩(liang)種(zhong)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)的(de)區(qu)別(bie)。

 

如下圖，坡度角θ。下圖左邊，檢測軸X軸垂直於重力平麵（坡度為0時），此時加速度傳感器的輸出Ax=sin(θ)*1g。下圖右邊
，檢測軸Z軸平行於重力平麵（坡度為0時），此時加速度傳感器的輸出Az=cos(θ)*1g。

 

圖1. X軸和Z軸加速度傳感器安裝示意圖

 

我(wo)們(men)把(ba)這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)集(ji)中(zhong)到(dao)一(yi)個(ge)圖(tu)。來(lai)對(dui)比(bi)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)下(xia)，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)變(bian)化(hua)。下(xia)圖(tu)中(zhong)，紅(hong)色(se)線(xian)段(duan)的(de)長(chang)度(du)，對(dui)應(ying)檢(jian)測(ce)軸(zhou)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)時(shi)，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)。綠(lv)色(se)線(xian)段(duan)的(de)長(chang)度(du)，對(dui)應(ying)檢(jian)測(ce)軸(zhou)平(ping)行(xing)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)時(shi)
，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)。

 

圖2. 重力加速度在檢測軸上的分量

 

可以看出
，當θ從0°到30°變(bian)化(hua)時(shi)，紅(hong)色(se)線(xian)段(duan)變(bian)化(hua)明(ming)顯(xian)，而(er)綠(lv)色(se)線(xian)段(duan)則(ze)變(bian)化(hua)不(bu)明(ming)顯(xian)。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)在(zai)傾(qing)斜(xie)角(jiao)小(xiao)角(jiao)度(du)變(bian)化(hua)時(shi)，檢(jian)測(ce)軸(zhou)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)的(de)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)，得(de)到(dao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)更(geng)高(gao)。現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)，道(dao)路(lu)上(shang)的(de)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)斜(xie)坡(po)坡(po)度(du)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)30°。yincizaijianceqicheqingxiejiaodefanganzhong，ruguoshiyongdanzhoujiasuduchuanganqi，shezhijiancezhoufangxiangchuizhiyuzhonglipingmianfangxiangbijiaoheshi。dangran，ruguoqingxiejiaoduzai60°到90°範圍內，由於加速度傳感器與傾斜角度成sin（θ）函數的關係，加速度傳感器對角度變化的敏感度降低。

 

如何根據應用要求
，來計算單軸加速度傳感器最小靈敏度?

 

假設實際應用要求傾斜角檢測範圍在-63°到+63°之間，並且檢測結果可以精確到1°。首先，引入增量靈敏度慨念，增量靈敏等於每個傾斜角步進對應的輸出增量
，單位以mg顯示。S[g] = 1g*(sin(θ+P)-sin(θ))，（θ為當前角度

，P為步長）
，增量靈敏度反應了輸出變化大小。設傾斜角度θ為X, 對應的增量靈敏度S[g]為Y作圖，我們得到:

 

圖3. 步進為1°時
，增量靈敏度曲線

 

為了滿足應用在整個傾斜角檢測範圍內分辨率的要求，可以利用上圖的曲線來確定係統的最小靈敏度。假設應用要求最小分辨率為1°
，傾斜角檢測範圍在-63°到+63°之間。根據上圖, 增量靈敏度在傾斜角0°到90°變化時, 逐漸變小，當到達63°時，靈敏度降至4.074mg/1°。

 

對於數字輸出加速度傳感器，靈敏度一般使用LSB/g來表示。LSB為最低有效位，g為重力加速度。每個LSB要區分4.074mg輸出, 那麼對應靈敏度最少是246LSB/g (1g/4.074mg)。在選擇加速度傳感器時，應保證加速度傳感器的靈敏度大於計算所得的最小靈敏度。

 

去哪兒查找加速度傳感器技術資源?

 

Digi-Key的網站中提供了大量加速度傳感器應用設計相關的技術資源，讓開發者可以輕鬆獲取。

 

物料選型資源

 

在Digi-Key網站上，除了可以根據參數篩選加速度傳感器，還有專門針對傳感器的傳感器選擇界麵。

 

圖4. Digi-Key網站中傳感器選擇界麵

 

一些主要的加速度傳感器廠商，如ADI， 也有相應的加速度傳感器選擇界麵，方便用戶有針對性地篩選：

 

圖5. Digi-Key網站中ADI加速度傳感器選擇與開發板選擇頁麵

 

Digi-Key內容庫

 

Digi-Key網站上還有許多技術文章，它們根據很產品類型

、語言
、供應商等進行了很好地分類。

 

比如你想尋找「ADI傳感器相關文章」，網站就會給出一些相關的內容，比如：采用ADXL326 和 12 位 ADC 測量加速度。

 

圖6. 在Digi-Key內容庫中的ADI傳感器相關文章

 

Digi-Key視頻庫

 

在Digi-Key視頻庫中有許多有趣的應用視頻。比如下麵的視頻介紹的是如何一個使用ADI ADXL345BCCZ-RL7來記錄遙控小車墜落時
，加速度傳感器的數據。觀看該視頻可點擊：加速度傳感器測量玩具車墜落過程。

 

圖7. Digi-Key視頻庫記錄加速度傳感器測量玩具車墜落過程的內容

 

更大的傾斜角範圍怎麼辦？

 

 

單軸加速度傳感器適用於那些傾斜角範圍比較小，傾斜位置比較固定的應用。在很多實際應用中
，傾斜角變化範圍可能會在0°到360°。此ci時shi使shi用yong雙shuang軸zhou或huo者zhe三san軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi更geng加jia適shi合he。使shi用yong雙shuang軸zhou或huo者zhe三san軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi在zai檢jian測ce傾qing斜xie角jiao應ying用yong上shang與yu單dan軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi有you什shen麼me優you勢shi以yi及ji不bu同tong處chu呢ne？請qing看kan後hou續xu文wen章zhang有you關guan雙shuang軸zhou與yu三san軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi。

 

 

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