加速度傳感器工作原理及應用

可穿戴設備當中傳感器至關重要，其中的加速度傳感器能夠完成位置及姿勢的識別。本文通過對三軸傳感器工作原理的解析，幫助讀者更好的理解加速度傳感器的應用。

一、加速度傳感器工作原理

加速度傳感器自然是對自身器件的加速度進行檢測。其自身的物理實現方式咱們就不去展開了，可以想象芯片內部有一個真空區域，感應器件即處于該區域，其通過慣性力作用引起電壓變化，并通過內部的ADC給出量化數值。

對于三軸加速度傳感器，其能檢測X、Y、Z的加速度數據，如下圖：

在靜止的狀態下，傳感器一定會在一個方向重力的作用，因此有一個軸的數據是1g（即9.8米/秒的二次）。在實際的應用中，我們并不使用跟9.8相關的計算方法，而是以1g作為標準加速度單位，或者使用1/1000g，即mg。既然是ADC轉換，那么肯定會有量程和精度的概念。在量程方面，Lis3dh支持（+-）2g/4g/8g/16g四種。一般作為計步應用來說，2g是足夠的，除去重力加速度1g，還能檢測出1g的加速度。至于精度，那就跟其使用的寄存器位數有關了。Lis3dh使用高低兩個8位（共16位）寄存器來存取一個軸的當前讀數。由于有正反兩個方向的加速度，所以16位數是有符號整型，實際數值是15位。以（+-）2g量程來算，精度為2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

當以上圖所示的靜止狀態，z軸正方向會檢測出1g，X、Y軸為0.如果調轉位置（如手機屏幕翻轉），那總會有一個軸會檢測出1g，其他軸為0，在實際的測值中，可能并不是0，而是有細微數值。

在運動過程中，x，y，z軸都會發生變化。計步運動也有其固有的數值規律，因為邁步過程也有抬腳和放腳的規律過程，如下圖。“腳蹬離地是一步的開始，此時由于地面的反作用力，垂直方向加速度開始增大，當腳達到最高位置時，垂直方向加速度達到最大；然后腳向下運動，垂直加速度開始減小，直到腳著地，垂直加速度減到最小值。接著下一步邁步。前向加速度由腳與地面的摩擦力產生，雙腳觸地時增大，一腳離地時減小。”

二、加速度傳感器應用