加速度傳感器及其應用

1、 1、開拓思維、創(chuàng)新思想。、開拓思維、創(chuàng)新思想。 2、了解加速度傳感器的優(yōu)缺點、適用領(lǐng)域。、了解加速度傳感器的優(yōu)缺點、適用領(lǐng)域。 3、學會分析問題的重點、難點。、學會分析問題的重點、難點。 4、學會在調(diào)試、實踐中查找問題、解決問題、學會在調(diào)試、實踐中查找問題、解決問題 5、根據(jù)個人特點，多人共同協(xié)作。、根據(jù)個人特點，多人共同協(xié)作。 6、培養(yǎng)一定的藝術(shù)表現(xiàn)力。、培養(yǎng)一定的藝術(shù)表現(xiàn)力。 2.1 在手持設(shè)備方面的應用在手持設(shè)備方面的應用 重力感應、三軸加速度；重力感應、三軸加速度； 游戲、抗跌落、歌曲控制游戲、抗跌落、歌曲控制 2.2 在可穿戴設(shè)備方面的應用在可穿戴設(shè)備方面的應用 特點：體積小、重量

2、輕、功耗低；特點：體積小、重量輕、功耗低； 應用：計步器、運動量、強度統(tǒng)計；應用：計步器、運動量、強度統(tǒng)計； 2.3 在汽車、操作方面的應用在汽車、操作方面的應用 3.1 加速度的測量原理加速度的測量原理 F=ma a=F/m m可以通過測量獲得精確值；可以通過測量獲得精確值； 也可不通過測量也可不通過測量m的值，而通的值，而通過標定的方式完成加速度的傳過標定的方式完成加速度的傳感器的標定。感器的標定。將加速度（通過質(zhì)量塊）轉(zhuǎn)化將加速度（通過質(zhì)量塊）轉(zhuǎn)化為對力、應變或位移的測量，為對力、應變或位移的測量，從而獲得加速度的值。從而獲得加速度的值。m加速度測量方向讀出傳感器殼體檢測質(zhì)量阻尼器彈簧

3、3.2 常見的幾種加速度傳感器常見的幾種加速度傳感器 3.2.1 壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器利用單晶硅的壓阻效應，具有成本低、工藝成熟、適于大規(guī)模制造。利用單晶硅的壓阻效應，具有成本低、工藝成熟、適于大規(guī)模制造。可通過可通過“惠斯通惠斯通”電橋進行電阻到電壓的轉(zhuǎn)換、溫度補償。電橋進行電阻到電壓的轉(zhuǎn)換、溫度補償。常用于航空、航天領(lǐng)域，還可用于低頻震動和沖擊、以及物體傾斜的常用于航空、航天領(lǐng)域，還可用于低頻震動和沖擊、以及物體傾斜的測量。測量。 3.2.2 硅微電容式式加速度傳感器硅微電容式式加速度傳感器 敏感器件制作簡單敏感器件制作簡單 不受溫度影響不受溫度影響 讀出電路復雜讀出電路復

4、雜 易受寄生參數(shù)影響易受寄生參數(shù)影響 非線性非線性 3.2.4 壓電（石英或陶瓷）式加速度傳感器壓電（石英或陶瓷）式加速度傳感器 結(jié)構(gòu)簡單、電壓輸出結(jié)構(gòu)簡單、電壓輸出 無法測直流（常加速度）無法測直流（常加速度） 溫度系數(shù)較大溫度系數(shù)較大 高頻響應特性好高頻響應特性好 （a）克服了外殼形變的影響，但仍受安裝的影響。）克服了外殼形變的影響，但仍受安裝的影響。 （b）減小了基座變形的影響，但成品率相對較低。）減小了基座變形的影響，但成品率相對較低。 （c）降低了安裝復雜度，膠接方式限制了使用溫度。）降低了安裝復雜度，膠接方式限制了使用溫度。 3.2.5 其他形式加速度傳感器其他形式加速度傳感器 1

5、、諧振式加速度傳感器、諧振式加速度傳感器 2、隧道式加速度傳感器、隧道式加速度傳感器 3、磁效應型（磁阻、霍爾）加速度傳感器、磁效應型（磁阻、霍爾）加速度傳感器 4、熱對流式加速度傳感器、熱對流式加速度傳感器 5、伺服（力平衡）式加速度傳感器、伺服（力平衡）式加速度傳感器 6、三軸（多軸）加速度傳感器、三軸（多軸）加速度傳感器 1、應用場景、所需測量量、需要控制的效果。、應用場景、所需測量量、需要控制的效果。 2、測量對象、測量對象 a 3、測量方法、大致量程、過載。、測量方法、大致量程、過載。 4、系統(tǒng)構(gòu)成與設(shè)計：傳感器、單片機、（存儲）、顯示、系統(tǒng)構(gòu)成與設(shè)計：傳感器、單片機、（存儲）、顯示

6、、通信接口、電源；是否需要校準、資源分配（計算、存儲、通信接口、電源；是否需要校準、資源分配（計算、存儲、管腳等）、安裝方法與位置、算法考慮是否周全等。管腳等）、安裝方法與位置、算法考慮是否周全等。 5、調(diào)試：硬件保證可靠；程序調(diào)試注意細節(jié)；測量值的、調(diào)試：硬件保證可靠；程序調(diào)試注意細節(jié)；測量值的記錄、畫出曲線分析；閾值的確定，可能要經(jīng)過多次實驗。記錄、畫出曲線分析；閾值的確定，可能要經(jīng)過多次實驗。 6、表現(xiàn)形式：直觀、準確、有沖擊力、一定趣味性。、表現(xiàn)形式：直觀、準確、有沖擊力、一定趣味性。 1、新概念游戲健身機、新概念游戲健身機 設(shè)計思想：以加速度計作為設(shè)計思想：以加速度計作為動作感應系統(tǒng)

7、，通過感應人動作感應系統(tǒng)，通過感應人體的運動控制游戲中超級瑪體的運動控制游戲中超級瑪麗的動作。麗的動作。 特點：創(chuàng)新性；成本低、體特點：創(chuàng)新性；成本低、體積小、高可靠；設(shè)計靈活性；積小、高可靠；設(shè)計靈活性；游戲兼容性好；超強擴展性；游戲兼容性好；超強擴展性；新概念健身、新概念游戲新概念健身、新概念游戲 2、魔筆、魔筆 設(shè)計思想：以加速度計作為獲取魔設(shè)計思想：以加速度計作為獲取魔筆二維加速度，通過積分得到魔筆筆二維加速度，通過積分得到魔筆運動軌跡，實現(xiàn)（在文稿上的）劃運動軌跡，實現(xiàn)（在文稿上的）劃線、畫圖、標記、注釋等功能。線、畫圖、標記、注釋等功能。 特點：與空中鼠標構(gòu)思異曲同工；特點：與空中

8、鼠標構(gòu)思異曲同工；無線信號傳輸；功能擴展性強；體無線信號傳輸；功能擴展性強；體積小、重量輕、功耗低。積小、重量輕、功耗低。 3、智能剎車系統(tǒng)、智能剎車系統(tǒng) 設(shè)計思想：減少設(shè)計思想：減少“將油門誤當剎車將油門誤當剎車踩踩”的情況。緊急剎車與緩踩油門的情況。緊急剎車與緩踩油門兩種狀態(tài)下汽車踏板的加速度值是兩種狀態(tài)下汽車踏板的加速度值是不同的，通過比較正常和誤踩兩種不同的，通過比較正常和誤踩兩種情況下的加速度值，確定油門的臨情況下的加速度值，確定油門的臨界加速度。界加速度。 特點：結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)；安全特點：結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)；安全性相關(guān)、不利影響??；看問題角度性相關(guān)、不利影響??；看問題角度獨特。

9、獨特。 4、汽車側(cè)翻預警系統(tǒng)、汽車側(cè)翻預警系統(tǒng) 設(shè)計思想：根據(jù)加速度傳感器設(shè)計思想：根據(jù)加速度傳感器實時采集的數(shù)值，計算汽車側(cè)實時采集的數(shù)值，計算汽車側(cè)翻因子，進行側(cè)翻預警。翻因子，進行側(cè)翻預警。 工作原理：正常行駛時，只點工作原理：正常行駛時，只點亮兩側(cè)各一盞綠燈；可能發(fā)生亮兩側(cè)各一盞綠燈；可能發(fā)生側(cè)翻時，點亮第二盞側(cè)翻時，點亮第二盞LED燈燈（紅色）；接近側(cè)翻臨界值時，（紅色）；接近側(cè)翻臨界值時，點亮第三盞點亮第三盞LED（紅色）；整（紅色）；整個過程中告警蜂鳴器越來越頻個過程中告警蜂鳴器越來越頻繁。繁。 5、“跟屁蟲跟屁蟲”玩具小車玩具小車 設(shè)計思想：采用微慣性加速度設(shè)計思想：采用微慣性

10、加速度計測量小孩的運動狀態(tài)，通過計測量小孩的運動狀態(tài)，通過無線發(fā)射給小車，小車計算小無線發(fā)射給小車，小車計算小孩的運動軌跡，通過控制方向孩的運動軌跡，通過控制方向和速度實現(xiàn)對小孩運動軌跡的和速度實現(xiàn)對小孩運動軌跡的復制。復制。 功能特點：小孩攜帶的裝置重功能特點：小孩攜帶的裝置重量輕；無線發(fā)射和接收；小車量輕；無線發(fā)射和接收；小車實現(xiàn)了加速、減速、停止、實現(xiàn)了加速、減速、停止、（轉(zhuǎn)彎）等功能。（轉(zhuǎn)彎）等功能。 6、智能碰撞檢測機器人、智能碰撞檢測機器人 設(shè)計思想：通過二維設(shè)計思想：通過二維MEMS加加速度計，檢測機器人運動過程速度計，檢測機器人運動過程中所受到的外界碰撞，并計算中所受到的外界碰

11、撞，并計算碰撞的方向和大小，進而控制碰撞的方向和大小，進而控制機器人進行相應的壁障動作。機器人進行相應的壁障動作。 功能特點：與家庭自主吸塵器功能特點：與家庭自主吸塵器的思想一致；算法簡單；檢測的思想一致；算法簡單；檢測與控制相結(jié)合；具有實用性前與控制相結(jié)合；具有實用性前景。景。 7、汽車黑匣子、汽車黑匣子 設(shè)計思想：記錄事故前汽車的設(shè)計思想：記錄事故前汽車的運行狀態(tài)（前后俯仰角、左右運行狀態(tài)（前后俯仰角、左右晃動角、行車方向、速度、汽晃動角、行車方向、速度、汽車運動軌跡），可用于事故分車運動軌跡），可用于事故分析。析。 功能特點：至少需要在汽車的功能特點：至少需要在汽車的兩個以上位置測量和記

12、錄；同兩個以上位置測量和記錄；同時還可記錄行車速度與里程；時還可記錄行車速度與里程；可進行超速和超市報警?？蛇M行超速和超市報警。 8、易碎物品運輸監(jiān)測系統(tǒng)、易碎物品運輸監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè)計思想：通過測量物品的加設(shè)計思想：通過測量物品的加速度反應易碎物品損壞的可能速度反應易碎物品損壞的可能性。設(shè)定損壞臨界加速度閾值，性。設(shè)定損壞臨界加速度閾值，當超過閾值時給出告警，需要當超過閾值時給出告警，需要檢查物品狀態(tài)。檢查物品狀態(tài)。 功能特點：針對車輛制動、啟功能特點：針對車輛制動、啟動、顛簸、轉(zhuǎn)彎、上下坡、捆動、顛簸、轉(zhuǎn)彎、上下坡、捆扎不牢、野蠻裝卸等情況進行扎不牢、野蠻裝卸等情況進行監(jiān)測；需要測量、記錄三軸

13、方監(jiān)測；需要測量、記錄三軸方向的加速度；可配合時間信息向的加速度；可配合時間信息作為駕駛行為和事故分析的依作為駕駛行為和事故分析的依據(jù)。據(jù)。 9、虛擬電子樂器、虛擬電子樂器 設(shè)計思想：通過捕捉人體肢體設(shè)計思想：通過捕捉人體肢體的運動姿態(tài)，再根據(jù)用戶個性的運動姿態(tài)，再根據(jù)用戶個性化定制的需求，允許演奏者以化定制的需求，允許演奏者以符合日常習慣的方式演奏多種符合日常習慣的方式演奏多種樂器。樂器。 功能特點：通過揮動指揮棒，功能特點：通過揮動指揮棒，根據(jù)不同的揮動方向和速度，根據(jù)不同的揮動方向和速度，樂器將發(fā)出不同的聲音；根據(jù)樂器將發(fā)出不同的聲音；根據(jù)預先編制的程序，可將動作模預先編制的程序，可將動作模式與樂曲相對應；類似于樂隊式與樂曲相對應；類似于樂隊指揮的指揮棒。指揮的指揮棒。 10、魔力花、魔力花 設(shè)計思想：通過微傳感器檢測設(shè)計思想：通過微傳感器檢測葉子顫動的加速度、外界聲音葉子顫動的加速度、外界聲音大小、人體紅外信號，編程控大小、人體紅外信號，編程控制花朵做出相應的開合動作以制花朵做出相應的開合動作以及相關(guān)音樂、彩光的配合，打及相關(guān)音樂、彩光的配合，打破傳統(tǒng)的曇花一現(xiàn)，靜美如花破傳統(tǒng)的曇花一現(xiàn)，靜美如花的概念，展現(xiàn)花開花合的動態(tài)的概念，展現(xiàn)花開花合的動態(tài)美，與人交互的靈性美，開創(chuàng)美，與人交互的靈性美，開創(chuàng)動態(tài)裝飾花的新領(lǐng)域。動態(tài)裝飾花的新領(lǐng)域。 特點：人機互