飛思卡爾加速度傳感器功能及特性
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加速傳感器工作原理及架構(gòu)
飛思卡爾傳感器產(chǎn)品主要分為三大部分：慣性傳感器、壓力傳感器與安全和報(bào)警ic。其中，慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測傾斜、振動及撞擊，因此可以用在汽車乘客安全、振動監(jiān)控、
運(yùn)動診斷、 防盜裝置、 電器平衡、 地震檢測、 傾角/傾斜儀及便攜式電子設(shè)備中。
加速傳感器可用來偵測x、y、z軸方向的加速度，以類比電壓來表示所偵測的加速度的大小，在ic內(nèi)部主要由雙芯片構(gòu)成，即重力感測單元（負(fù)責(zé)加速度的偵測）與控制ic單元（負(fù)責(zé)信號處理）。雙芯片可以分開安置也可以疊放處理。
由圖1可知，x軸或z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信號送到電荷積分器做積分運(yùn)算，而后進(jìn)行取樣、保持及信號放大處理，最后用低通濾波器濾除高頻噪音，在溫度補(bǔ)償處理后即可輸出加速度信息。此輸出之類比電壓與偵測的加速度值會維持線性比例的特性，不會受到溫度的影響。
為了說明x軸向g感測單元的感測原理，先來回顧電容的物理特性：電容值的大小與電極板的面積大小成正比，和電極板的間隔距離成反比。g感測單元即利用電容的原理設(shè)計(jì)出來的，在圖2中左上角的小區(qū)塊可以看到，藍(lán)色的部分代表可移動的電極板，而在藍(lán)色電極板的上方左偏置與下方右偏置板塊則是固定的電極板，此時(shí)藍(lán)色電極板與左右偏置板形成兩個電容，當(dāng)藍(lán)色電極板因加速度的影響而改變與左右偏置板的間隔，則使得電容值改變進(jìn)而促使電容電壓值的改變，因此可借此特性計(jì)算出加速度的大小。
z 軸向垂直g感測單元的感測原理與x軸向g感測單元的感測原理相同，只是架構(gòu)有所差異。如圖3所示，紅色的震動塊代表可移動的電極板，而綠色的頂板與藍(lán)色的底板則是固定的極板。當(dāng)紅色的極板因?yàn)榧铀俣鹊挠绊懚淖兣c上下極板的間隔，則將產(chǎn)生電容值的改變。因此，可借此特性計(jì)算出此加速度的大小。圖3中黑色的部分為彈簧裝置，用來緩沖可移動電極板的移動。
圖4為4 x軸向g單元的sem照片，顯示了g感測單元的架構(gòu)，可移動極板在兩個固定極板間左右移動，由可移動極板與固定極板組成的指狀結(jié)構(gòu)是顯而易見的。
圖5顯示了z軸向g感測單元的架構(gòu)，左圖中，紅色的區(qū)塊為固定極板，而綠色區(qū)塊則代表可移動中板，可移動中板是在兩個固定極板間上下移動。這與x軸向g單元的指狀結(jié)構(gòu)是截然不同的。
加速傳感器的6種感應(yīng)功能
1）傾斜度偵測
傾斜度偵測電子羅盤，傾斜儀，文本滾動瀏覽/用戶界面，圖像旋轉(zhuǎn)，lcd投影，物理治療法。
加速傳感器在靜止時(shí)，可用來檢測傾斜角，傾斜角在 90 ~+90 之間變化時(shí)，加速傳感器輸出會在 1.0g~+1.0g之間變化。輸出電壓對應(yīng)傾斜角的公式如下示：
其中：
vout=加速傳感器的輸出
voff =零加速度
v/ g=靈敏度
1.0g=地球重力
=傾斜角
在測量傾斜角度時(shí)，需考慮傾斜角解析度與ad轉(zhuǎn)換器搭配的問題，在安裝加速傳感器時(shí)需要確保反映軸與地面垂直。
圖7給出了mma1260d 1.5g 加速傳感器的典型角度響應(yīng)，縱軸代表加速傳感器的輸出電壓，橫軸代表傾斜角度，從線型可知，在0度范圍，傾斜角與電壓呈線性變化。而在
90度范圍，傾斜角與電壓則呈現(xiàn)飽和情況。
2）運(yùn)動檢測
運(yùn)動檢測可用于運(yùn)動控制，計(jì)步器，基本運(yùn)動檢測。
在進(jìn)行運(yùn)動檢測時(shí)，需要考慮到幾個因素，包括：如何計(jì)算它的位移，g值的范圍選擇及使用量測軸。首先確定位移：計(jì)算位移要將加速度進(jìn)行二重積分，速度部分則是需進(jìn)行一次積分。根據(jù)對象的不同，g值的范圍在2~20g之間變化。
圖8 給出了跳躍運(yùn)動產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知，當(dāng)跳躍至最高點(diǎn)時(shí)處于無重力的狀態(tài)，當(dāng)落至地面時(shí)加速度出現(xiàn)近似脈沖的波形，由曲線的變化即可判斷具體的運(yùn)動情況。
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