角速度傳感器

時間：2021-07-20 來源：艾而特

角速度傳感器：業內經常稱作陀螺儀，不同于加速度傳感器，它所測量的是偏轉、傾斜時的轉動角速度。

這個說法可能復雜了些，舉個例子大家就清楚了。我們手機上就有陀螺儀。平時我們把手機轉動一個方向，手機畫面也會隨之轉動一個方向，這個就是陀螺儀在發揮作用。除了這一項應用，我們前后傾斜手機，實現通訊錄條目的上下滾動；左右傾斜手機，實現瀏覽頁面的左右移動或者頁面的放大或縮小也是得益于陀螺儀。

隨著技術的不斷深化，陀螺儀在牙刷上的應用還是近些年才出現的，這種刷牙可以有效反饋牙刷刷的狀況，從而進一步改善我們刷牙習慣。

這么一說，想必我們對陀螺儀都有一個大概的認識了。不過在這里，我們要先講一下加速度傳感器！

陀螺儀叫做角速度傳感器，而加速度傳感器是一種能夠測量加速度的電子設備。

加速度傳感器定義

所謂的加速度傳感器是以測定加速度為目的的慣性傳感器，它與振動傳感器不同，由于可以檢測出直流加速度，也就可以檢測出重力。

通過測定加速度并進行合適的信號處理，可以得到傾斜、運動、振動、沖擊等信息。加速度傳感器的種類非常多，根據種類的不同，加速度傳感器的檢測方式也分為很多種。本篇文章主要介紹的是利用MEMS技術的MEMS加速度傳感器。

隨著近些年微小機械技術、MEMS技術的發展，加速度傳感器運用半導體精密加工技術可以實現穩定批量生產。加速度傳感器的應用越來越廣泛，加速度傳感器自身的技術也發生了革新。

一般來說20G以下的加速度傳感器被叫做低G值加速度傳感器，往上的就叫做高G值加速度傳感器。低G值加速度傳感器適用于檢測重力、傾斜、人的動作，而高G值加速度傳感器主要用于檢測沖擊。

MEMS型加速度傳感器由兩部分構成：檢測加速度的檢測元件，增強并調整信號的信號處理電路。加速度傳感器的特性基本上被檢測元件的特性所左右。因此在選擇傳感器的時候，充分理解檢測原理，根據用途選擇合適的加速度傳感器是極為重要的。

關于加速度傳感器的構造以及檢測原理，在這里用ADI的用靜電容量檢測方式的低G值加速度傳感器作為例子進行講解。

根據古典力學中牛頓法則，物體運動的力可以用以下方程式表示。

在這里，F是重量m的物體運動的力，a是加速度。假設同彈簧重合構成一個系統，F用以下方程式來表示。

K=彈簧系數*彈簧伸縮距離。解開方程式（1）和方程式（2）的連立方程式，加速度a便如下所示。

通過方程式（3）我們可以明白，測出已知的彈簧系數以及負重移動距離，我們可以計算出加速度。圖1為加速度的檢測原理。

此次解說的靜電容量型加速度傳感器（ADI）便是利用方程式（3）通過測出負重距離，輸出傳感器上的加速度。圖2為低G加速度傳感器的檢測元件的模式圖。

向檢測元件施加加速度，使可動部以及彈簧運動，另外由于它的移動導致靜電容量發生變化，形成了梳狀電極。也形成了可動集體中每個形成的可動電極旁邊都有兩個固定電極的電極單元格。

圖3表示內部信號處理流程。向單元格中2個固定電極施加逆向時鐘信號，通過加速度，可動電極向任意固定電極靠近的時候，靠近的固定電極上的時鐘信號以及同相的電荷變化發生在可動電極上。

增幅該電荷變化，進行同步檢測和整流，可以得到可移動部的移動距離，換而言之可以得知同加速度成比例的電壓輸出。

加速度傳感器主要是用來測定“重力”、“振動·移動”、“沖擊”。通過檢測出這些，加速度傳感器的輸出信號在實際中會有很大作用。

例如手機畫面的顯示方向會根據我們使用環境而發生改變。這個實際上就是用了加速度傳感器，通過測算重力，計算出加速度傳感器的傾斜從而實現顯示方向的改變。

在民生機械市場，通過搭載加速度傳感器實現各種應用，賦予商品新的附加值。比較有代表性的是游戲機、手機、數碼攝像機、投影儀、PC。

之前說的，通過檢測橫豎，可以做到畫面顯示變化，除了這一項應用之外，用加速度傳感器檢測特定沖擊（例如觸碰），運行特定技能也是加速度傳感器的一大應用。數碼攝像機中在畫面中顯示出攝像機的傾斜也是加速度傳感器的一個應用。

投影儀通過加速度傳感器檢測出傾斜，即便投影儀傾斜了也會自動校正畫面。PC檢測出沖擊后，撤離硬盤驅動頭，保護硬盤驅動器。