R課堂 | 加速度傳感器的工作原理

文的關鍵要點

?“加速度傳感器”是用來檢測單位時間內的速度（即加速度）的傳感器。

?從原理方面看，加速度傳感器是通過檢測因移動或傾斜而引發的與彈簧連接的質量塊的位置變化來獲得加速度的。

從本文開始將為大家具體介紹傳感器相關的內容。正如在“前言”中提到的，將從物聯網的角度出發展開相關介紹。我們首先來了解“加速度傳感器”。近年來，加速度傳感器被廣泛應用于智能手機和可穿戴設備等眾多設備中，可以說是人們最熟悉的傳感器之一。

什么是加速度傳感器

“加速度”是指單位時間內的速度，測量這種加速度的傳感器即是“加速度傳感器”。通過測量加速度，可以檢測物體的運動、傾斜、振動等變化的程度。

加速度相關的單位主要有三個：

?SI單位制的m/s2（米每二次方秒）

?MKS單位制的G：標準重力加速度（1G＝9.80665 m/s2）

?CGS單位制的Gal（伽）：地震加速度（100 Gal＝1 m/s2）

加速度傳感器的工作原理

下圖是加速度傳感器的常見檢測方式示意圖。如圖所示，當使箱子移動（例如向左上方移動）時，也就是發生加速度時，與彈簧連接的質量塊的位置將會發生改變，通過捕捉這種位置變化來推導出加速度。

右圖表示通過質量塊位置檢測傾斜角度的原理。給實際的靜止狀態施加1G的重力。當箱子傾斜時，質量塊的位置發生變化，由于重力方向已知，因此可以檢測出傾斜角度。

加速度傳感器的軸

加速度傳感器有“軸”的概念。例如，三軸加速度傳感器可以檢測X、Y和Z軸（方向）的G，通俗地講，可以檢測上、下、前、后、左、右的G。具體所需的軸數會因用途而異，近年來，可以掌握三維狀態的三軸加速度傳感器應用很廣泛。三軸加速度傳感器是一種將三個分別用來測量三個方向上的G的傳感器集于一體的傳感器。

在前面用于介紹工作原理的示意圖中，彈簧在X、Y和Z方向上，所以是三軸的傳感器。下面是使用三軸加速度傳感器進行傾斜檢測的示例。通過該示例應該可以理解“軸”的概念。

這是使Y軸水平固定、使傳感器旋轉時的情況。此時變化的是X和Z軸。圖中已將X和Z軸變化時的傳感器輸出以電壓值的形式繪制成曲線圖。當從水平狀態（0度/0g）旋轉90度時，X軸輸出Vx為+1g，再繼續旋轉+90度，變為+180度（翻轉后水平）時，X軸輸出Vx變為0g。當然，Y軸輸出Vy保持0g不變。Z軸輸出Vz為90度的相位差。

要想求出傾斜角θ，如圖所示，假設合成向量|G|＝A，則G＝（Vx, Vy, Vz）＝（A sinθ, 0, A cosθ）。