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Technical articlesKistler加速度傳感器和角度傳感器是什么
通過測量由于重力引起的加速度,你可以計算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動態(tài)加速度,你可以分析出設(shè)備移動的方式。但是剛開始的時候,你會發(fā)現(xiàn)光測量傾角和加速度好像不是很有用。但是,現(xiàn)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
加速度傳感器可以幫助你的機器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。是在爬山?還是在走下坡,摔倒了沒有?或者對于飛行類的機器人來說,對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是,你的機器人沒有帶著彈自己前往人群密集處。一個好的程序員能夠使用加速度傳感器來回答所有上述問題。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動機的振動。
目前新IBM
Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器,能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動,并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù),系統(tǒng)會智能的選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運行,這樣可以大程度的保護由于振動,比如顛簸的工作環(huán)境,或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害,大程度的保護里面的數(shù)據(jù)。另外一個用處就是目前用的數(shù)碼相機和攝像機里,也有加速度傳感器,用來檢測拍攝時候的手部的振動,并根據(jù)這些振動,自動調(diào)節(jié)相機的聚焦。
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。
所謂的壓電效應(yīng)就是
對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外,還將改變晶體的極化狀態(tài),在晶體內(nèi)部建立電場,這種由于機械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。
一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產(chǎn)生電壓,只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系,就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當然,還有很多其它方法來制作加速度傳感器,比如電容效應(yīng),熱氣泡效應(yīng),光效應(yīng),但是其基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形,通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出?! ≡谶x購加速度傳感器的時候,需要考慮什么?
模擬輸出 vs 數(shù)字輸出:
這個是先需要考慮的。這個取決于你系統(tǒng)中和加速度傳感器之間的接口。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的,比如2.5V對應(yīng)0g的加速度,2.6V對應(yīng)于0.5g的加速度。數(shù)字輸出一般使用脈寬調(diào)制(PWM)信號。
如果你使用的微控制器只有數(shù)字輸入,比如BASIC
Stamp,那你就只能選擇數(shù)字輸出的加速度傳感器了,但是問題是你必須占用額外的一個時鐘單元用來處理PWM信號,同時對處理器也是一個不小的負擔。
如果你使用的微控制器有模擬輸入口,比如PIC/AVR/OOPIC,你可以非常簡單的使用模擬接口的加速度傳感器,所需要的就是在程序里加入一句類似acceleration=read_adc()的指令,而且處理此指令的速度只要幾微秒。
測量軸數(shù)量:
對于多數(shù)項目來說,兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用了。對于某些特殊的應(yīng)用,比如UAV,ROV控制,三軸的加速度傳感器可能會適合一點。
大測量值:
如果你只要測量機器人相對于地面的傾角,那一個±1.5g加速度傳感器就足夠了。但是如果你需要測量機器人的動態(tài)性能,±2g也應(yīng)該足夠了。要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止的情況出現(xiàn),那你需要一個±5g的傳感器。
靈敏度 一般來說,越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內(nèi)的加速度變化更敏感,輸出電壓的變化也越大,這樣就比較容易測量,從而獲得更的測量值。
帶寬 這里的帶寬實際上指的是刷新率。也就是說每秒鐘,傳感器會產(chǎn)生多少次讀數(shù)。對于一般只要測量傾角的應(yīng)用,50HZ的帶寬應(yīng)該足夠了,但是對于需要進行動態(tài)性能,比如振動,你會需要一個具有上百HZ帶寬的傳感器。
加速度傳感器的分類
通過測量由于重力引起的加速度,你可以計算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動態(tài)加速度,你可以分析出設(shè)備移動的方式。但是剛開始的時候,你會發(fā)現(xiàn)光測量傾角和加速度好像不是很有用。但是,工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
加速度傳感器可以幫助機器人了解它身處的環(huán)境。是在爬山?還是在走下坡,摔倒了沒有?或者對于飛行類的機器人來說,對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是,你的機器人沒有帶著彈自己前往人群密集處。一個好的程序員能夠使用加速度傳感器來回答所有上述問題。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動機的振動。
加速度傳感器可以測量牽引力產(chǎn)生的加速度。 汽車安全 加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。
在安全應(yīng)用中,加速度計的快速反應(yīng)非常重要。安全氣囊應(yīng)在什么時候彈出要迅速確定,所以加速度計必須在瞬間做出反應(yīng)。通過采用可迅速達到穩(wěn)定狀態(tài)而不是振動不止的傳感器設(shè)計可以縮短器件的反應(yīng)時間。其中,壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展快。 游戲控制 加速度傳感器可以檢測上下左右的傾角的變化,因此通過前后傾斜手持設(shè)備來實現(xiàn)對游戲中物體的前后左右的方向控制,就變得很簡單。 圖像自動翻轉(zhuǎn) 用加速度傳感器檢測手持設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動作及方向,實現(xiàn)所要顯示圖像的轉(zhuǎn)正。 電子指南針傾斜校正 磁傳感器是通過測量磁通量的大小來確定方向的。當磁傳感器發(fā)生傾斜時,通過磁傳感器的地磁通量將發(fā)生變化,從而使方向指向產(chǎn)生誤差。因此,如果不帶傾斜校正的電子指南針,需要用戶水平放置。而利用加速度傳感器可以測量傾角的這一原理,可以對電子指南針的傾斜進行補償。 GPS導航系統(tǒng)死角的補償 GPS系統(tǒng)是通過接收三顆呈120度分布的衛(wèi)星信號來終確定物體的方位的。在一些特殊的場合和地貌,如遂道、高樓林立、叢林地帶,GPS信號會變?nèi)跎踔?失去,這也就是所謂的死角。而通過加裝加速度傳感器及以前我們所通用的慣性導航,便可以進行系統(tǒng)死區(qū)的測量。對加速度傳感器進行一次積分,就變成了單位時間里的速度變化量,從而測出在死區(qū)內(nèi)物體的移動。 計步器功能 加速度傳感器可以檢測交流信號以及物體的振動,人在走動的時候會產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動,而加速度傳感器可以檢測振動的過零點,從而計算出人所走的步或跑步所走的步數(shù),從而計算出人所移動的位移。并且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗。 防手抖功能 用加速度傳感器檢測手持設(shè)備的振動/晃動幅度,當振動/晃動幅度過大時鎖住照相快門,使所拍攝的圖像永遠是清晰的。 閃信功能 通過揮動手持設(shè)備實現(xiàn)在空中顯示文字,用戶可以自己編寫顯示的文字。這個閃信功能是利用人們的視覺殘留現(xiàn)象,用加速度傳感器檢測揮動的周期,實現(xiàn)所顯示文字的準確定位。 硬盤保護 利用加速度傳感器檢測自由落體狀態(tài),從而對迷你硬盤實施必要的保護。大家知道,硬盤在讀取數(shù)據(jù)時,磁頭與碟片之間的間距很小,因此,外界的輕微振動就會對硬盤產(chǎn)生很壞的后果,使數(shù)據(jù)丟失。而利用加速度傳感器可以檢測自由落體狀態(tài)。當檢測到自由落體狀態(tài)時,讓磁頭復(fù)位,以減少硬盤的受損程度。 設(shè)備或終端姿態(tài)檢測 加速度傳感器和陀螺儀通常稱為慣性傳感器,常用于各種設(shè)備或終端中實現(xiàn)姿態(tài)檢測,運動檢測等,也就很適合玩體感游戲的人群。加速度傳感器利用重力加速度,可以用于檢測設(shè)備的傾斜角度,但是它會受到運動加速度的影響,使傾角測量不夠準確,所以通常需利用陀螺儀和磁傳感器補償。同時磁傳感器測量方位角時,也是利用地磁場,當系統(tǒng)中電流變化或周圍有導磁材料時,以及當設(shè)備傾斜時,測量出的方位角也不準確,這時需要用加速度傳感器(傾角傳感器)和陀螺儀進行補償。 智能產(chǎn)品 加速度傳感器在微信功能中的創(chuàng)新功能突破了電子產(chǎn)品的千遍一律,這個功能的實現(xiàn)來源傳感器的方向、加速表、光線、磁場、臨近性、溫度等參數(shù)的特性。這個原理是手機里面集成的加速度傳感器,它能夠分別測量X、Y、Z三個方面的加速度值,X方向值的大小代表手機水平移動,Y方向值的大小代表手機垂直移動,Z方向值的大小代表手機的空間垂直方向,天空的方向為正,地球的方向為負,然后把相關(guān)的加速度值傳輸給操作系統(tǒng),通過判斷其大小變化