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加速度传感器的原理以及选用方法解析文章(加速度传感器的原理以及选用方法解析)

加速度传感器的原理以及选用方法解析文章(加速度传感器的原理以及选用方法解析)

加速度传感器是一种可以测量加速力的电子器件。加速力就是物体在加速过程中所受的力,就像地球的引力一样,也就是万有引力。加速力可以是常数,如g,也可以是变量。加速度计有两种:一种是角加速度计,由陀螺仪(角速度传感器)改进而来。另一种是线性加速度计。

加速度传感器的原理与技术线性加速度计的原理是惯性原理,即力的平衡。a(加速度)=F(惯性力)/M(质量)我们只需要测量F,如何测量F?就用电磁力来平衡这个力。可以得到f和电流之间的关系。只需要通过实验来校准这个比例系数。

大多数加速度传感器都是根据压电效应原理工作的。一般来说,加速度传感器利用的是加速度引起的内部晶体变形。当然,制作加速度传感器的方法还有很多,如压阻技术、电容效应、热气泡效应、光学效应等,但最基本的原理是某种介质因加速度而发生形变,测量这种形变,并通过相关电路转换成电压输出。每种技术都有自己的优势和问题。

压阻式加速度传感器因其在汽车工业中的广泛应用而发展最快。加速度传感器主要应用于汽车安全气囊、防抱死制动系统、牵引力控制系统等安全性能方面。随着安全成为汽车制造商的卖点,这样的附加系统越来越多。压阻式加速度传感器是欧洲市场上最快的,因为欧洲是许多安全气囊和汽车制造商的所在地。

压电技术在工业上主要用于防止机器故障。使用该传感器可以检测潜在的机器故障,以实现自我保护并避免对工人的意外伤害。这种传感器具有用户(尤其是质量行业的用户)所追求的可重复性、稳定性和自生成性。然而,在许多新的应用领域中,许多用户并不知道使用这种传感器,厂商冒险进入这个尚待开发的市场将会很麻烦,因为最终用户并不太了解使用这种传感器所带来的问题和解决方案。如果这些问题能够得到解决,将会推动压电传感器的快速发展。

电容器预计将有强劲的增长,欧洲和北美的汽车和工业用户是这些产品的主要买家。汽车行业使用的电容式传感器主要应用于安全系统、轮胎磨损监测、惯性刹车灯、大灯调平、安全带膨胀、自动门锁、安全气囊。对于设计师来说,电容式传感器很有吸引力,因为它不需要接触被测物体,所以不必挤进狭小的空间。加速度传感器的应用

通过测量重力引起的加速度,可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度,可以分析出设备运动的方式。但是在开始的时候,你会发现光测倾角和加速度似乎没什么用。然而,现在工程师们已经想出了许多方法来获得更多有用的信息。

加速度传感器可以帮助你的机器人了解它当前的环境。你在爬山吗?还在走下坡路,摔倒了吗?或者对于飞行机器人来说,控制姿态也很重要。好的程序员可以用加速度传感器来回答以上所有问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动,也可以测量牵引力引起的加速度。

IBM Thinkpad笔记本电脑内置加速度传感器,可以动态监测笔记本电脑在使用过程中的震动。根据这些震动数据,系统会智能选择是关闭硬盘还是保持硬盘运行,以保护震动带来的硬盘损坏,比如颠簸的工作环境或者不小心摔了电脑,最大程度的保护里面的数据。还有一个用途就是现在的数码相机和摄像机也有加速度传感器,用来检测拍摄时手部的震动,并根据这些震动自动调整相机的焦距。

综上所述,加速度传感器可用于:控制、手柄振动与晃动、仪器仪表、汽车刹车启动检测、地震检测、报警系统、玩具、结构、环境监测、工程振动测量、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标、高层建筑结构动力特性、安防振动侦察。

如何选择加速度传感器的模拟输出vs数字输出是首先要考虑的问题。这取决于您的系统和加速度传感器之间的接口。通常,模拟输出电压与加速度成正比。比如2.5V对应0g的加速度,2.6V对应0.5g的加速度数字输出一般采用脉宽调制(PWM)信号。

如果你使用的微控制器只有数字输入,比如BASIC Stamp,你只能选择数字输出的加速度传感器,但问题是你要占用额外的时钟单元来处理PWM信号,这对处理器来说也是一个很大的负担。

如果您使用的微控制器具有模拟输入端口,如PIC/AVR/OOPIC,您可以简单地使用带模拟接口的加速度传感器。你所需要的只是在程序中增加一条类似的指令,而这条指令的处理速度只有几微秒。

测量大多数项目的轴数,双轴加速度传感器已经可以满足大多数应用。对于一些特殊的应用,如无人机和水下机器人控制,三轴加速度传感器可能是合适的。

最大测量值如果只需要测量机器人相对于地面的倾斜度,1.5g的加速度是多少

传感器就够了。但如果需要测量机器人的动态性能,2G应该也够了。如果你的机器人突然启动或停止,你需要一个5G传感器。

一般来说,越敏感越好。传感器越灵敏,对一定范围内的加速度变化越敏感,输出电压的变化越大,就越容易测量,从而获得更准确的测量值。

灵敏度是压电式加速度传感器应用中需要考虑的重要因素之一。它是传感器正常工作时输入信号R与输出信号C的比值,有线性和非线性之分。比如位移传感器位移变化1mm,输出电压变化200mV时,其灵敏度应该表示为200 mV/mm,灵敏度自然越高,但实际上灵敏度越高,测量范围越窄。相反,当灵敏度低时,可以获得宽的测量范围。所以在为产品选择传感器时,要从需求出发,盲目使用高精度传感器往往意味着更高的成本。

带宽这里的带宽其实指的是刷新率。也就是说,每秒钟,传感器会产生多少读数。一般来说,50HZ的带宽对于仅测量倾斜度的应用应该足够了,但对于需要动态性能的应用,例如振动,您将需要带宽为数百HZ的传感器。

电阻/缓冲机制对于某些微控制器,所连接传感器的电阻必须小于10 k才能进行A/D转换。比如加速度传感器的电阻值为32k,在PIC和AVR控制板上无法正常工作。因此,建议在购买传感器前仔细阅读控制器说明书,确保传感器能够正常工作。

抗疲劳性也是压电式加速度传感器的一个重要因素。在某些应用中,传感器需要长时间使用,这就需要内部元件支持长期监测。使用高强度且稳定的材料装置应该可以很好的解决这个问题。

一些稳定性的特殊场合需要特殊的传感器,一般的传感器会很快损坏。比如烤鸭炉,监测温湿度的传感器要承受长时间的油腻,高温高湿。相信压电加速也会有类似的恶劣工作环境。这需要很高的稳定性。责任编辑;基线

标签:传感器加速度系统


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