角速度传感器

时间：2021-07-20 来源：艾而特

角速度传感器：业内经常称作陀螺仪，不同于加速度传感器，它所测量的是偏转、倾斜时的转动角速度。

这个说法可能复杂了些，举个例子大家就清楚了。我们手机上就有陀螺仪。平时我们把手机转动一个方向，手机画面也会随之转动一个方向，这个就是陀螺仪在发挥作用。除了这一项应用，我们前后倾斜手机，实现通讯录条目的上下滚动；左右倾斜手机，实现浏览页面的左右移动或者页面的放大或缩小也是得益于陀螺仪。

随着技术的不断深化，陀螺仪在牙刷上的应用还是近些年才出现的，这种刷牙可以有效反馈牙刷刷的状况，从而进一步改善我们刷牙习惯。

这么一说，想必我们对陀螺仪都有一个大概的认识了。不过在这里，我们要先讲一下加速度传感器！

陀螺仪叫做角速度传感器，而加速度传感器是一种能够测量加速度的电子设备。

加速度传感器定义

所谓的加速度传感器是以测定加速度为目的的惯性传感器，它与振动传感器不同，由于可以检测出直流加速度，也就可以检测出重力。

通过测定加速度并进行合适的信号处理，可以得到倾斜、运动、振动、冲击等信息。加速度传感器的种类非常多，根据种类的不同，加速度传感器的检测方式也分为很多种。本篇文章主要介绍的是利用MEMS技术的MEMS加速度传感器。

随着近些年微小机械技术、MEMS技术的发展，加速度传感器运用半导体精密加工技术可以实现稳定批量生产。加速度传感器的应用越来越广泛，加速度传感器自身的技术也发生了革新。

一般来说20G以下的加速度传感器被叫做低G值加速度传感器，往上的就叫做高G值加速度传感器。低G值加速度传感器适用于检测重力、倾斜、人的动作，而高G值加速度传感器主要用于检测冲击。

MEMS型加速度传感器由两部分构成：检测加速度的检测元件，增强并调整信号的信号处理电路。加速度传感器的特性基本上被检测元件的特性所左右。因此在选择传感器的时候，充分理解检测原理，根据用途选择合适的加速度传感器是极为重要的。

关于加速度传感器的构造以及检测原理，在这里用ADI的用静电容量检测方式的低G值加速度传感器作为例子进行讲解。

根据古典力学中牛顿法则，物体运动的力可以用以下方程式表示。

在这里，F是重量m的物体运动的力，a是加速度。假设同弹簧重合构成一个系统，F用以下方程式来表示。

K=弹簧系数*弹簧伸缩距离。解开方程式（1）和方程式（2）的连立方程式，加速度a便如下所示。

通过方程式（3）我们可以明白，测出已知的弹簧系数以及负重移动距离，我们可以计算出加速度。图1为加速度的检测原理。

此次解说的静电容量型加速度传感器（ADI）便是利用方程式（3）通过测出负重距离，输出传感器上的加速度。图2为低G加速度传感器的检测元件的模式图。

向检测元件施加加速度，使可动部以及弹簧运动，另外由于它的移动导致静电容量发生变化，形成了梳状电极。也形成了可动集体中每个形成的可动电极旁边都有两个固定电极的电极单元格。

图3表示内部信号处理流程。向单元格中2个固定电极施加逆向时钟信号，通过加速度，可动电极向任意固定电极靠近的时候，靠近的固定电极上的时钟信号以及同相的电荷变化发生在可动电极上。

增幅该电荷变化，进行同步检测和整流，可以得到可移动部的移动距离，换而言之可以得知同加速度成比例的电压输出。

加速度传感器主要是用来测定“重力”、“振动·移动”、“冲击”。通过检测出这些，加速度传感器的输出信号在实际中会有很大作用。

例如手机画面的显示方向会根据我们使用环境而发生改变。这个实际上就是用了加速度传感器，通过测算重力，计算出加速度传感器的倾斜从而实现显示方向的改变。

在民生机械市场，通过搭载加速度传感器实现各种应用，赋予商品新的附加值。比较有代表性的是游戏机、手机、数码摄像机、投影仪、PC。

之前说的，通过检测横竖，可以做到画面显示变化，除了这一项应用之外，用加速度传感器检测特定冲击（例如触碰），运行特定技能也是加速度传感器的一大应用。数码摄像机中在画面中显示出摄像机的倾斜也是加速度传感器的一个应用。

投影仪通过加速度传感器检测出倾斜，即便投影仪倾斜了也会自动校正画面。PC检测出冲击后，撤离硬盘驱动头，保护硬盘驱动器。