三軸加速度傳感器原理

　　在加速度傳感器中有一種是三軸加速度傳感器，同樣的它是基于加速度的基本原理去實(shí)現(xiàn)工作的，加速度是個(gè)空間矢量，一方面，要準(zhǔn)確了解物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須測(cè)得其三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量；另一方面，在預(yù)先不知道物體運(yùn)動(dòng)方向的場(chǎng)合下，只有應(yīng)用三軸加速度傳感器來(lái)檢測(cè)加速度信號(hào)。由于三軸加速度傳感器也是基于重力原理的，因此用三軸加速度傳感器可以實(shí)現(xiàn)雙軸正負(fù)90度或雙軸0-360度的傾角，通過(guò)校正后期精度要高于雙軸加速度傳感器大于測(cè)量角度為60度的情況。

　　目前的三軸加速度傳感器大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，產(chǎn)生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過(guò)相應(yīng)的放大和濾波電路進(jìn)行采集。這個(gè)和普通的加速度傳感器是基于同樣的原理，所以在一定的技術(shù)上三個(gè)單軸就可以變成一個(gè)三軸。對(duì)于多數(shù)的傳感器應(yīng)用來(lái)看，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用。但是有些方面的應(yīng)用還是集中在三軸加速度傳感器中例如在數(shù)采設(shè)備，貴重資產(chǎn)監(jiān)測(cè)，碰撞監(jiān)測(cè)，測(cè)量建筑物振動(dòng)，風(fēng)機(jī)，風(fēng)力渦輪機(jī)和其他敏感的大型結(jié)構(gòu)振動(dòng)。

　　三軸加速度傳感器優(yōu)點(diǎn)

　　三軸加速度傳感器的好處就是在預(yù)先不知道物體運(yùn)動(dòng)方向的場(chǎng)合下，只有應(yīng)用三維加速度傳感器來(lái)檢測(cè)加速度信號(hào)。三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點(diǎn)，可以測(cè)量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

　　三軸加速度傳感器應(yīng)用

　　1、車身安全、控制及導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用

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

　　目前車身安全越來(lái)越得到人們的重視，汽車中安全氣囊的數(shù)量越來(lái)越多，相應(yīng)對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。整個(gè)氣囊控制系統(tǒng)包括車身外的沖擊傳感器（Satellite Sensor）、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(dāng)車身受到撞擊時(shí)，沖擊傳感器會(huì)在幾微秒內(nèi)將信號(hào)發(fā)送至該電子控制器。

　　隨后電子控制器會(huì)立即根據(jù)碰撞的強(qiáng)度、乘客數(shù)量及座椅/安全帶的位置等參數(shù)，配合分布在整個(gè)車廂的傳感器傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和做出相應(yīng)評(píng)估，并在最短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)電爆驅(qū)動(dòng)器（Squib Driver）啟動(dòng)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(tǒng)無(wú)法滿足車輛在彎曲路段上的行車安全要求。該場(chǎng)合下電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng) （ESC） 就能夠通過(guò)修正駕駛員操作中的轉(zhuǎn)向不足或過(guò)度轉(zhuǎn)向，來(lái)控制車輛使其不偏離道路。該系統(tǒng)通過(guò)使用一個(gè)陀螺儀來(lái)測(cè)量車輛的偏航角，同時(shí)用一個(gè)低重力加速度傳感器來(lái)測(cè)量橫向加速度。將所得測(cè)量數(shù)據(jù)與通過(guò)行駛速度和車輪傾斜角兩項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，從而調(diào)整車輛轉(zhuǎn)向以防止發(fā)生側(cè)滑。

　　除了車身安全系統(tǒng)這類重要應(yīng)用以外，目前加速度傳感器在導(dǎo)航系統(tǒng)中的也在扮演重要角色。 其主要利于GPS衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位。而當(dāng)進(jìn)入衛(wèi)星信號(hào)接收不良的區(qū)域或環(huán)境中，如遂道、高樓林立、叢林地帶，就會(huì)因失去信號(hào)而喪失導(dǎo)航功能?；?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/7888/" target="_blank">MEMS技術(shù)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(chuàng)建方位推算系統(tǒng)（DR， Dead Reckoning），對(duì)GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)性應(yīng)用。

　　2、硬盤抗沖擊防護(hù)

　　目前由于海量數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)方面的需求，硬盤和光驅(qū)等元器件被廣泛應(yīng)用到筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)/攝相機(jī)、便攜式DVD機(jī)、PMP等設(shè)備中。便攜式設(shè)備由于其應(yīng)用場(chǎng)合的原因，經(jīng)常會(huì)意外跌落或受到碰撞，而造成對(duì)內(nèi)部元器件的巨大沖擊。

　　為了使設(shè)備以及其中數(shù)據(jù)免受損傷，越來(lái)越多的用戶對(duì)便攜式設(shè)備的抗沖擊能力提出要求。

　　一般便攜式產(chǎn)品的跌落高度為1.2~1.3米，其在撞擊大理石質(zhì)地面時(shí)會(huì)受到約50KG的沖擊力，硬盤等高速旋轉(zhuǎn)的器件卻在此類沖擊下顯得十分脆弱。

　　如果在硬盤中內(nèi)置3軸加速度傳感器，當(dāng)?shù)浒l(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到加速的突然變化，并執(zhí)行相應(yīng)的自我保護(hù)操作，如關(guān)閉抗震性能差的電子或機(jī)械器件，讓磁頭復(fù)位，以減少硬盤的受損程度。

　　3、消費(fèi)產(chǎn)品中的創(chuàng)新應(yīng)用

　　3軸加速度傳感器為傳統(tǒng)消費(fèi)及手持電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了革命性的創(chuàng)新空間。其可被安裝在游戲機(jī)手柄上，作為用戶動(dòng)作采集器來(lái)感知其手臂前后、左右，和上下等的移動(dòng)動(dòng)作，并在游戲中轉(zhuǎn)化為虛擬的場(chǎng)景動(dòng)作如揮拳、揮球拍、跳躍、甩魚竿等，把過(guò)去單純的手指運(yùn)動(dòng)變成真正的肢體和身體的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)比以往按鍵操作所不能實(shí)現(xiàn)的臨場(chǎng)游戲感和參與感。

　　此外，3軸加速度傳感器還可用于電子計(jì)步器，人在走動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動(dòng)，而加速度傳感器可以檢測(cè)振動(dòng)的過(guò)零點(diǎn)，從而計(jì)算出人所走的步或跑步所走的步數(shù)，從而計(jì)算出人所移動(dòng)的位移。并且利用一定的公式可以計(jì)算出卡路里的消耗。

　　為電子羅盤（3D Compass）提供補(bǔ)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(cè)量?jī)A角的這一原理，可以對(duì)電子指南針的傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。

　　也可用于數(shù)碼相機(jī)的防抖，檢測(cè)手持設(shè)備的振動(dòng)/晃動(dòng)幅度，當(dāng)振動(dòng)/晃動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)鎖住照相快門，使所拍攝的圖像永遠(yuǎn)是清晰的。

　　3軸加速度傳感器的應(yīng)用范圍很廣， 還能用于手持設(shè)備的姿態(tài)識(shí)別和UI操作。例如借助3軸加速度傳感器，手持設(shè)備可實(shí)現(xiàn)畫面自動(dòng)轉(zhuǎn)向。

　　設(shè)備顯示的畫面和信息會(huì)根據(jù)用戶的動(dòng)作而自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。其通過(guò)內(nèi)部傳感器對(duì)重力向量的方向檢測(cè)來(lái)確定設(shè)備處于水平或垂直狀態(tài)，并自動(dòng)調(diào)整顯示狀態(tài)，給用戶帶來(lái)方便。

　　4、趣味性擴(kuò)展功能

　　3軸加速度傳感器對(duì)用戶操控動(dòng)作的轉(zhuǎn)變還可轉(zhuǎn)化為許多趣味性的擴(kuò)展功能上，如虛擬樂器、虛擬骰子游戲，以及“閃訊”（Wave Message）等。

　　虛擬樂器內(nèi)置的加速度傳感器可檢測(cè)用戶對(duì)手持設(shè)備的揮動(dòng)來(lái)控制樂器的節(jié)奏和音量等；骰子游戲也采用類似的原理，通過(guò)對(duì)揮動(dòng)等動(dòng)作的感知來(lái)控制虛擬骰子的旋轉(zhuǎn)速度，并借助內(nèi)部數(shù)學(xué)模型抽象的物理定律決定其停止的時(shí)間。

　　“閃訊”是一個(gè)更富有想象力的應(yīng)用，用戶可利用此功能在空中進(jìn)行文字編輯?！伴W訊”即讓手持設(shè)備通過(guò)加速度傳感器捕捉用戶在空中模擬寫字的快速動(dòng)作，主要適合較暗的環(huán)境下使用。手持設(shè)備上會(huì)安裝發(fā)光的LED，由于人眼視網(wǎng)膜的視覺暫留現(xiàn)象，其在空中揮動(dòng)的動(dòng)作會(huì)在其眼中留下短暫的連續(xù)畫面，完成寫字的所有動(dòng)作筆順。

　　隨著MEMS微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)在傳感器領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)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。