角速度傳感器

角速度傳感器：業(yè)內(nèi)經(jīng)常稱(chēng)作陀螺儀，不同于加速度傳感器，它所測(cè)量的是偏轉(zhuǎn)、傾斜時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

這個(gè)說(shuō)法可能復(fù)雜了些，舉個(gè)例子大家就清楚了。我們手機(jī)上就有陀螺儀。平時(shí)我們把手機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)方向，手機(jī)畫(huà)面也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)方向，這個(gè)就是陀螺儀在發(fā)揮作用。除了這一項(xiàng)應(yīng)用，我們前后傾斜手機(jī)，實(shí)現(xiàn)通訊錄條目的上下滾動(dòng)；左右傾斜手機(jī)，實(shí)現(xiàn)瀏覽頁(yè)面的左右移動(dòng)或者頁(yè)面的放大或縮小也是得益于陀螺儀。

隨著技術(shù)的不斷深化，陀螺儀在牙刷上的應(yīng)用還是近些年才出現(xiàn)的，這種刷牙可以有效反饋牙刷刷的狀況，從而進(jìn)一步改善我們刷牙習(xí)慣。

這么一說(shuō)，想必我們對(duì)陀螺儀都有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)了。不過(guò)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(cè)量加速度的電子設(shè)備。

加速度傳感器定義

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

通過(guò)測(cè)定加速度并進(jìn)行合適的信號(hào)處理，可以得到傾斜、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、沖擊等信息。加速度傳感器的種類(lèi)非常多，根據(jù)種類(lèi)的不同，加速度傳感器的檢測(cè)方式也分為很多種。本篇文章主要介紹的是利用MEMS技術(shù)的MEMS加速度傳感器。

隨著近些年微小機(jī)械技術(shù)、MEMS技術(shù)的發(fā)展，加速度傳感器運(yùn)用半導(dǎo)體精密加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定批量生產(chǎn)。加速度傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，加速度傳感器自身的技術(shù)也發(fā)生了革新。

加速度傳感器的分類(lèi)

一般來(lái)說(shuō)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(cè)重力、傾斜、人的動(dòng)作，而高G值加速度傳感器主要用于檢測(cè)沖擊。

MEMS型加速度傳感器由兩部分構(gòu)成：檢測(cè)加速度的檢測(cè)元件，增強(qiáng)并調(diào)整信號(hào)的信號(hào)處理電路。加速度傳感器的特性基本上被檢測(cè)元件的特性所左右。因此在選擇傳感器的時(shí)候，充分理解檢測(cè)原理，根據(jù)用途選擇合適的加速度傳感器是極為重要的。

靜電容量型加速度傳感器的檢測(cè)原理

關(guān)于加速度傳感器的構(gòu)造以及檢測(cè)原理，在這里用ADI的用靜電容量檢測(cè)方式的低G值加速度傳感器作為例子進(jìn)行講解。

根據(jù)古典力學(xué)中牛頓法則，物體運(yùn)動(dòng)的力可以用以下方程式表示。

在這里，F(xiàn)是重量m的物體運(yùn)動(dòng)的力，a是加速度。假設(shè)同彈簧重合構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，F(xiàn)用以下方程式來(lái)表示。

K=彈簧系數(shù)*彈簧伸縮距離。解開(kāi)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(guò)方程式（3）我們可以明白，測(cè)出已知的彈簧系數(shù)以及負(fù)重移動(dòng)距離，我們可以計(jì)算出加速度。圖1為加速度的檢測(cè)原理。

此次解說(shuō)的靜電容量型加速度傳感器（ADI）便是利用方程式（3）通過(guò)測(cè)出負(fù)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(cè)元件的模式圖。

向檢測(cè)元件施加加速度，使可動(dòng)部以及彈簧運(yùn)動(dòng)，另外由于它的移動(dòng)導(dǎo)致靜電容量發(fā)生變化，形成了梳狀電極。也形成了可動(dòng)集體中每個(gè)形成的可動(dòng)電極旁邊都有兩個(gè)固定電極的電極單元格。

圖3表示內(nèi)部信號(hào)處理流程。向單元格中2個(gè)固定電極施加逆向時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)加速度，可動(dòng)電極向任意固定電極靠近的時(shí)候，靠近的固定電極上的時(shí)鐘信號(hào)以及同相的電荷變化發(fā)生在可動(dòng)電極上。

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

加速度傳感器的應(yīng)用

加速度傳感器主要是用來(lái)測(cè)定“重力”、“振動(dòng)·移動(dòng)”、“沖擊”。通過(guò)檢測(cè)出這些，加速度傳感器的輸出信號(hào)在實(shí)際中會(huì)有很大作用。

例如手機(jī)畫(huà)面的顯示方向會(huì)根據(jù)我們使用環(huán)境而發(fā)生改變。這個(gè)實(shí)際上就是用了加速度傳感器，通過(guò)測(cè)算重力，計(jì)算出加速度傳感器的傾斜從而實(shí)現(xiàn)顯示方向的改變。

在民生機(jī)械市場(chǎng)，通過(guò)搭載加速度傳感器實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，賦予商品新的附加值。比較有代表性的是游戲機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、投影儀、PC。

之前說(shuō)的，通過(guò)檢測(cè)橫豎，可以做到畫(huà)面顯示變化，除了這一項(xiàng)應(yīng)用之外，用加速度傳感器檢測(cè)特定沖擊（例如觸碰），運(yùn)行特定技能也是加速度傳感器的一大應(yīng)用。數(shù)碼攝像機(jī)中在畫(huà)面中顯示出攝像機(jī)的傾斜也是加速度傳感器的一個(gè)應(yīng)用。

投影儀通過(guò)加速度傳感器檢測(cè)出傾斜，即便投影儀傾斜了也會(huì)自動(dòng)校正畫(huà)面。PC檢測(cè)出沖擊后，撤離硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)頭，保護(hù)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。