三軸加速度傳感器的應用

 

    1、車身安全、控制及導航系統中的應用

 

    加速度傳感器已被廣泛應用于汽車電子領域，主要集中在車身操控、安全系統和導航，典型的應用如汽車安全氣囊（Airbag）、ABS防抱死剎車系統、電子穩定程序（ESP）、電控懸掛系統等。

 

    目前車身安全越來越得到人們的重視，汽車中安全氣囊的數量越來越多，相應對傳感器的要求也越來越嚴格。整個氣囊控制系統包括車身外的沖擊傳感器（SatelliteSensor）、安置于車門、車頂，和前后座等位置的加速度傳感器（G-Sensor）、電子控制器，以及安全氣囊等。電子控制器通常為16位或32位MCU，當車身受到撞擊時，沖擊傳感器會在幾微秒內將信號發送至該電子控制器。

 

    隨后電子控制器會立即根據碰撞的強度、乘客數量及座椅/安全帶的位置等參數，配合分布在整個車廂的傳感器傳回的數據進行計算和做出相應評估，并在最短的時間內通過電爆驅動器（SquibDriver）啟動安全氣囊保證乘客的生命安全。

 

    通常僅靠ABS和牽引控制系統無法滿足車輛在彎曲路段上的行車安全要求。該場合下電子穩定性控制系統（ESC）就能夠通過修正駕駛員操作中的轉向不足或過度轉向，來控制車輛使其不偏離道路。該系統通過使用一個陀螺儀來測量車輛的偏航角，同時用一個低重力加速度傳感器來測量橫向加速度。將所得測量數據與通過行駛速度和車輪傾斜角兩項數據計算得到的結果進行比對，從而調整車輛轉向以防止發生側滑。

 

    除了車身安全系統這類重要應用以外，目前加速度傳感器在導航系統中的也在扮演重要角色。其主要利于GPS衛星信號實現定位。而當進入衛星信號接收不良的區域或環境中，如遂道、高樓林立、叢林地帶，就會因失去信號而喪失導航功能。基于MEMS技術的3軸加速度傳感器配合陀螺儀或電子羅盤等元件一起可創建方位推算系統（DR，DeadReckoning），對GPS系統實現互補性應用。

 

    2、硬盤抗沖擊防護

 

    目前由于海量數據對存儲方面的需求，硬盤和光驅等元器件被廣泛應用到筆記本電腦、手機、數碼相機/攝相機、便攜式DVD機、PMP等設備中。便攜式設備由于其應用場合的原因，經常會意外跌落或受到碰撞，而造成對內部元器件的巨大沖擊。

 

    為了使設備以及其中數據免受損傷，越來越多的用戶對便攜式設備的抗沖擊能力提出要求。

 

    一般便攜式產品的跌落高度為1。2~1。3米，其在撞擊大理石質地面時會受到約50KG的沖擊力，硬盤等高速旋轉的器件卻在此類沖擊下顯得十分脆弱。

 

    如果在硬盤中內置3軸加速度傳感器，當跌落發生時，系統會檢測到加速的突然變化，并執行相應的自我保護操作，如關閉抗震性能差的電子或機械器件，讓磁頭復位，以減少硬盤的受損程度。

 

    3、消費產品中的創新應用

 

    3軸加速度傳感器為傳統消費及手持電子設備實現了革命性的創新空間。其可被安裝在游戲機手柄上，作為用戶動作采集器來感知其手臂前后、左右，和上下等的移動動作，并在游戲中轉化為虛擬的場景動作如揮拳、揮球拍、跳躍、甩魚竿等，把過去單純的手指運動變成真正的肢體和身體的運動，實現比以往按鍵操作所不能實現的臨場游戲感和參與感。

 

    此外，3軸加速度傳感器還可用于電子計步器，人在走動的時候會產生一定規律性的振動，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，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。

 

    為電子羅盤（3DCompass）提供補償功能，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。

 

    也可用于數碼相機的防抖，檢測手持設備的振動/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。

 

    3軸加速度傳感器的應用范圍很廣，還能用于手持設備的姿態識別和UI操作。例如借助3軸加速度傳感器，手持設備可實現畫面自動轉向。

 

    設備顯示的畫面和信息會根據用戶的動作而自動旋轉。其通過內部傳感器對重力向量的方向檢測來確定設備處于水平或垂直狀態，并自動調整顯示狀態，給用戶帶來方便。

 

    4、趣味性擴展功能

 

    3軸加速度傳感器對用戶操控動作的轉變還可轉化為許多趣味性的擴展功能上，如虛擬樂器、虛擬骰子游戲，以及“閃訊”（WaveMessage）等。

 

    虛擬樂器內置的加速度傳感器可檢測用戶對手持設備的揮動來控制樂器的節奏和音量等；骰子游戲也采用類似的原理，通過對揮動等動作的感知來控制虛擬骰子的旋轉速度，并借助內部數學模型抽象的物理定律決定其停止的時間。

 

    “閃訊”是一個更富有想象力的應用，用戶可利用此功能在空中進行文字編輯。“閃訊”即讓手持設備通過加速度傳感器捕捉用戶在空中模擬寫字的快速動作，主要適合較暗的環境下使用。手持設備上會安裝發光的LED，由于人眼視網膜的視覺暫留現象，其在空中揮動的動作會在其眼中留下短暫的連續畫面，完成寫字的所有動作筆順。

 

    隨著MEMS微電子機械系統技術在傳感器領域中的廣泛應用，使得加速度傳感器的體積變得更加輕便、性能得到明顯提升。

 

    MEMS加速度傳感器在醫療可穿戴設備上的應用

 

    隨著可穿戴智能設備的發展，特別是醫療可穿戴智能設備，主要依靠的是微型化的各種MEMS陀螺儀、加速度傳感器等的運用，用來檢測到穿戴者的身體各項信息。例如，MEMS傳感器在無創胎心檢測中的應用。

 

    檢測胎兒心率是一項技術性很強的工作，由于胎兒心率很快，在每分鐘l20～160次之間，用傳統的聽診器甚至只有放大作用的超聲多普勒儀，用人工計數很難測量準確。此外，超聲振動波作用于胎兒，會對胎兒產生很大的不利作用盡管檢測劑量很低，也屬于有損探測范疇，不適于經常性、重復性的檢查及家庭使用。

 

    這時，MEMS加速度傳感器，便可以提供一種無創胎心檢測方法，研制出一種簡單易學、直觀準確的介于胎心聽診器和多普勒胎兒監護儀之間的臨床診斷和孕婦自檢的醫療輔助儀器。

 

    通過加速度傳感器將胎兒心率轉換成模擬電壓信號，經前置放大用的儀器放大器實現差值放大。然后進行濾波等一系列中間信號處理，用A/D轉換器將模擬電壓信號轉換成數字信號。通過光隔離器件輸入到單片機進行分析處理，最后輸出處理結果。

 

    加速度傳感器的其他應用

 

    高壓導線舞動的監測

 

    目前國內對導線舞動監測多采用視頻圖像采集和運動加速度測量兩種主要技術方案。前者在野外高溫、高濕、嚴寒、濃霧、沙塵等天氣條件下，不僅對視頻設備的可靠性、穩定性要求很高，而且拍攝的視頻圖像的效果也會受到影響，在實際使用中只能作為輔助監測手段，無法定量分析導線運動參數；而采用加速度傳感器監測導線舞動情況，可定量分析輸電導線某一點上下振動和左右擺動的情況，能測出導線直線運動的振幅和頻率。

 

    新型地震加速度傳感器

 

    采用傳感器和控制系統一體化的設計，傳感器采用低功耗微型電子電容式加速度傳感器，控制系統使用嵌入式系統，配置了數據采集、電源、授時、通信等模塊，具備有線、無線的多種通信功能，可以在室內外進行大量的布設，通過多種方式聯網，可及時將數據傳回處理中心進行實時處理。

 

    全球的加速度傳感器市場在不斷變化的創新之中呈現出快速增長的趨勢。各國競相加速新一代傳感器的開發和產業化，新技術的發展將重新定義未來的傳感器市場，加速度傳感器市場作為其中重要的一種類型，也將得到更廣泛的應用！