加速传感器作用与原理是啥？

Posted 2023-04-09

如今，每个人都非常关注健康。不管是出门佩戴手环、计步器，还是拿手机记录行走步数，已经成为很多人的生活习惯。那计步器到底是怎么工作的？现在的手机手环里面，一般是用一个非常小的芯片——三轴加速度传感器。这种三轴加速度传感器就是计步器的关键元器件，下面小编为大家介绍加速度传感器原理与应用。

加速度传感器的原理：通过这个加速度传感器，可以测量手机或者是手环在三个不同方向上的加速度。通过对加速度的值进行计算，就可以大概测出走路的步数。功耗更小但精度低

有一种特殊的材料，叫压电陶瓷材料，这种材料制备成的加速度传感器可根据作用在上面的力的大小产生不同的形变，就可以产生不同的电压变化。通过作用在上面的力来测量出加速度，然后通过加速度判断出人在走路时是在哪个方向进行运动，或者说频率大概是多少。

各种结构型式的加速度传感器应用

下面来了解下这四种加速度传感器在振动、冲击测量中的应用。

压电式加速度传感器

压电式加速度传感器是一种自发式传感器，其输出电荷与所感受的加速度成正比。它具有精确度高、频响宽、动态范围大、尺寸小、重量轻、寿命长、易于安装、稳定性好等特点。可以采用天然石英，经过适当切割构成敏感元件，但灵敏度低，造价高。目前常用的是铁电材料，这是一种经过人工极化处理而具有压电性质的人工陶瓷，采用良好的配制烧结工艺可以得到很高的压电灵敏度和工作温度，经过老化处理后可以保证长期温度稳定性，它易于制成各种形状的敏感元件，已先后制成了各种结构形式的加速度传感器。

单端压缩式具有灵敏度高，共振频率高的特点，适用于一般测量。基座隔离压缩式可把基座耦合的影响减到最小，更适合于低振级的测量，也适合于安装面上有应变或温度不稳定的地方。

环形剪切式具有尺寸小，重量轻的特点，适于测量冲击或轻小结构件的振动，因敏感元件与底座很好的隔离，故能有效地避开底座弯曲和噪声的影响，因敏感元件只受剪切作用，就减小了热释电效应。中心孔安装环形剪切式可任意选定接线方向。隔离剪切式采用了多块晶体和无源补偿片，提高了灵敏度，扩宽了温度范围，保证了稳定性，具有最高的信噪比。

集成电路式压电加速度传感器

集成电路式压电加速度传感器的制成是微电子学技术的发展结果，在这种传感器的壳体内装有微电子信号适调电路，因此做到了低阻抗输出，输出信号大，对电缆和接头带来的干扰信号很不敏感，对各种环境因素不敏感，用一根双线电缆或两根塑料皮绞合线可同时起到供电和传输信号的作用，使用长电缆也不会降低灵敏度，不会增加噪声，结构简单，造价低，且改善了性能，特别适用于各种工程现场和需要远距离测量的地方，对灵敏度高的甚至可以直接接记录仪器，使用方便。Endevco称这种传感器为ISOTRON，下图为等效电路图。

参考技术A 加速传感器工作原理
加速度传感器的工作原理是敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示。

当传感元件以加速度 a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比 a 的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量。
加速传感器作用
通过测量由于重力引起的加速度，你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，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。

加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。目前最新 IBMThinkpad 手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。加速度传感器可应用在控制上。 参考技术B 加速度传感器是一种能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器，具有测量精准、性能稳定、可靠性高、使用灵活等优点，被广泛用于多个领域中，传感器是一种将非电量（如速度、压力）的变化转变为电量变化的原件，根据转换的非电量不同可分为压力传感器、速度传感器、温度传感器等。
大多数传感器都基本上通用一个工作原理，那就是压电效应。压电效应就是指某些电介质在遇到外来影响而变形的时候，在晶体内部就会发生极化这种现象，同时会在晶体的表面产生正负极的电荷。当外来影响消失的时候，就又会回到不带电的初始状态，这就是压电效应。

　　生活中常见的大多数加速度传感器都是利用加速度使晶体变形这一特性来工作的。通常情况下，变形这个特性都会产生电压，我们只要明确了电压和加速度之间的关系，就能够使加速度变成电压，从而产生动力。此外还有其他的一些办法来做加速传感器，例如压阻技术和光效应等等。
　　压阻式加速度传感器在生活中的汽车行业中最为常见。生活中汽车发生的安全事故越来越多，所以安全性也就成为大家购车首要因素，相应的这样的附加系统也就随之而生。在工业生产上，压电技术最为常见，主要的目的就是用来防止机器故障的发生。 参考技术C 加速度传感器，包括由硅膜片、上盖、下盖，膜片处于上盖、下盖之间，键合在一起；一维或二维纳米材料、金电极和引线分布在膜片上，并采用压焊工艺引出导线；工业现场测振传感器，主要是压电式加速度传感器。其工作原理主要利于压电敏感元件的压电效应得到与振动或者压力成正比的电荷量或者电压量。工业现场典型采用IEPE型加速度传感器，及内置IC电路压电加速度传感器，传感器输出与振动量正正比的电压信号。
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。
实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容(引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等)不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。 参考技术D

加速度传感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传感器，是一种将地面振动转变为电信号的传感器，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制数据、进行数据组织、存储、运算处理。加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备，典型应用在手机、笔记本电脑、步程计和运动检测等。

加速度传感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。在信息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正是怀着这种设计理念，相信这种系统的推广，会给汽车行业带来更多的安全。

加速度传感器应用于监测高压导线舞动

目前国内对导线舞动监测多采用视频图像采集和运动加速度测量两种主要技术方案。前者在野外高温、高湿、严寒、浓雾、沙尘等天气条件下，不仅对视频设备的可靠性、稳定性要求很高，而且拍摄的视频图像的效果也会受到影响，在实际使用中只能作为辅助监测手段，无法定量分析导线运动参数;而采用加速度传感器监测导线舞动情况，虽可定量分析输电导线某一点上下振动和左右摆动的情况，但只能测出导线直线运动的振幅和频率，而对于复杂的圆周运动，则无法准确测量。所以我们必须加快加速度传感器的发展来适应诸如此类环境下进行应用。

自适应巡航系统（ACC）的基本原理是啥？

ACC（Adaptive Cruise Control）自适应巡航控制系统（以下简称ACC）是一种基于传感器识别技术而诞生的智能巡航控制，
自适应巡航系统的组成及原理
1、雷达传感器
在ACC系统中，测距雷达用于测量自车与前方车辆的车头距、相对速度、相对加速度，是自适应巡航控制系统中的关键设备之一，也是决定该系统造价的主要元件。其主要组成包括发射天线，接受天线，DPS（数字信号处理）处理单元，数据线等。
2.电子控制单元（ECU）
ACC系统中的核心部分
组成：和普通的单片机一样，由微处理器（CPU）、存储器（ROM、、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。
作用：根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令。
3.其余组成部分：
巡航控制开关，车速设定器，车距设定器，状态显示器，报警器……
4.相互联系
雷达传感器探测主车前方的目标车辆，并向电控单元提供主车与目标车辆间的相对速度、相对距离、相对方位角度等信息。电控单元根据驾驶员所设定的安全车距及巡航行驶速度，结合雷达传送来的信息确定主车的行驶状态。
1）. 当本车前方无行驶车辆时，本车将处于普通的巡航行驶状态，电控单元根据设定信息，可通过控制电子油门（发出指令给驱动电机，并由驱动电机控制节气门的开度，以调整可燃混合气的流量）对整个车辆的动力输出实现自动控制功能。
2）. 当本车前方有目标车辆， 且目标车辆的行驶速度小于设定速度时，电控单元计算实车距和安全车距之比及相对速度的大小，选择减速方式；同时通过报警器向驾驶员发出警报，提醒驾驶员采取相应的措施。
当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。电控单元还可以通过控制集成式电子真空助力器(EVB) 系统，在当驾驶员不制动时，EVB 开始工作时, 其中的电磁铁将代替驾驶员对真空助力器内部的真空阀和大气阀进行操作, 进而达到调节制动压力的目的。 参考技术A 自适应巡航系统（ACC）的基本原理；
在车辆行驶中，安装在车辆前部的车距传感器持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车轮转速信号，本回答被提问者采纳