加速度传感器的分类及工作原理

对于手机发烧友来说,对手机加速传感器肯定不会感到陌生，它能在手机上体验在3D游戏上增加体验使用效果。但是你了解它们是如何工作的吗?其实手机加速传感器属于加速度传感器的一种，在下面的文章中，将介绍加速度传感器的工作原理及应用，希望大家对加速度传感器有个更全面的了解。

什么是加速度传感器

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。

加速度传感器分类与工作原理

1、压电式

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。

压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

2、压阻式

基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

3、电容式

容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。

4、伺服式

伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性 能好、动态范围大和线性度好等特点。

工作原理：传感器的振动系统由 "m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有 加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器 放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。

由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度 测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。

加速度传感器应用

1、游戏控制

加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制，就变得很简单。

2、图像自动翻转

用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向，实现所要显示图像的转正。

3、汽车安全

加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。

4、盘保护

利用加速度传感器检测自由落体状态，从而对迷你硬盘实施必要的保护。由于外界的轻微振动就会对硬盘产生很坏的后果，使数据丢失。而利用加速度传感器可以检测自由落体状态。当检测到自由落体状态时，让磁头复位，以减少硬盘的受损程度。

5、闪信功能

通过挥动手持设备实现在空中显示文字，用户可以自己编写显示的文字。这个闪信功能是利用人们的视觉残留现象，用加速度传感器检测挥动的周期，实现所显示文字的准确定位。

6、防手抖功能

用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度，当振动/晃动幅度过大时锁住照相快门，使所拍摄的图像永远是清晰的。

7、计步器功能

加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动，人在走动的时候会产生一定规律性的振动，而加速度传感器可以检测振动的过零点，从而计算出人所走的步或跑步所走的步数，从而计算出人所移动的位移。并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗。

8、智能产品

加速度传感器在微信功能中的创新功能突破了电子产品的千遍一律，这个功能的实现来源传感器的方向、加速表、光线、磁场、临近性、温度等参数的特性。

9、设备或终端姿态检测

加速度传感器和陀螺仪通常称为惯性传感器，常用于各种设备或终端中实现姿态检测，运动检测等，也就很适合玩体感游戏的人群。加速度传感器利用重力加速度，可以用于检测设备的倾斜角度，但是它会受到运动加速度的影响，使倾角测量不够准确，所以通常需利用陀螺仪和磁传感器补偿。

10、GPS导航系统死角的补偿

在一些特殊的场合和地貌，如遂道、高楼林立、丛林地带，GPS信号会变弱甚至完全失去，这也就是所谓的死角。而通过加装加速度传感器及以前我们所通用的惯性导航，便可以进行系统死区的测量。对加速度传感器进行一次积分，就变成了单位时间里的速度变化量，从而测出在死区内物体的移动。

常见加速度传感器

1、手机加速传感器

手机加速传感器的工作原理是由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。

2、重力加速度传感器

重力加速度传感器能够感知到加速力的变化，加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，比如晃动、跌落、上升、下降等各种移动变化都能被G-sensor转化为电信号，然后通过微处理器的计算分析后，就能够完成程序设计好的功能，内置了G-sensor的MP3播放器就能根据使用者的甩动方向，前后更换歌曲，放进衣袋的时候也能够计算出使用者的前进步伐。

个别高端笔记本例如IBM高端系列也内置了G-sensor，在感知发生剧烈加速度时(如开始跌落)，立即保护硬盘，避免硬盘损害。

3、压电式加速度传感器

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。

在现代生产生活中，压电式加速度传感器应用在很多数码产品中，比如摄像机、数码相机以及汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。

结语：随着微电子机械系统技术在传感器领域中的广泛应用，使得加速度传感器的体积变得更加轻便、性能得到明显提升，这无疑促进了它在消费电子领域中的应用，在市场中的份额也在不断提升。

审核编辑:汤梓红