科普:加速度传感器选型过程中需要遵守的五大原则

加速度传感器针对不同的应用场景,也在特性上体现为不同的规格。用户需根据自身的具体需要选取最适合的产品。

  加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

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  加速度传感器针对不同的应用场景,也在特性上体现为不同的规格。用户需根据自身的具体需要选取最适合的产品。比如,对于汽车车身冲击传感器或洗衣机等家电的振动传感器等来说,需选用高频(50~100Hz)的加速度传感器;对于硬盘的跌落和振动保护,需要中频(20~50Hz)以上的加速度传感器;而对于手持设备的姿态识别和动作检测只需低频(0~20Hz)产品即可。因此,在选择加速度传感器的时候,要注意以下五大原则。

  首先,要注意模拟输出 vs 数字输出。这个是最先需要考虑的。这个取决于系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的,比如2.5V对应0g的加速度,2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制(PWM)信号。

  如果使用的微控制器只有数字输入,比如BASICStamp,那就只能选择数字输出的加速度传感器了,但是问题是必须占用额外的一个时钟单元用来处理PWM信号,同时对处理器也是一个不小的负担;如果使用的微控制器有模拟输入口,比如PIC/AVR/OOPIC,可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器,所需要的就是在程序里加入一句类似"acceleration=read_adc()"的指令,而且处理此指令的速度只要几微秒。

  其次是要注意是测量轴数量。对于多数项目来说,两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了。对于某些特殊的应用,比如UAV,ROV控制,三轴的加速度传感器可能会适合一点。

  第三是,要注意最大测量值。如果只测量机器人相对于地面的倾角,那一个±1.5g加速度传感器就足够了。但是如果需要测量机器人的动态性能,±2g也应该足够了。要是机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现,那就需要一个±5g的传感器。

  第四是,要注意带宽。这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟,传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用,50HZ的带宽应该足够了,但是对于需要进行动态性能,比如振动,会需要一个具有上百HZ带宽的传感器。

  第五,其他注意事项。加速度传感器的选型,还主要考虑以下几个因素:量程、非线性度、轴间灵敏度、温度灵敏度。量程自然不必说:量程越大,则分辨率低,则精度低;量程越小,则分辨率高,则精度高;非线性度实际上是指精度,一般非线性度用百分比表示,则精度就是非线性度乘以满量程;轴间灵敏度(多轴传感器)则影响单个轴的输出精度,一般也是百分比,则影响精度也是百分比乘以满量程;温度灵敏度:其影响测量的精度,一般是(百分比/度),则影响精度为百分比乘以温度范围。

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