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Products加速度傳感器的工作原理及用途
更新時(shí)間：2012-02-24 點(diǎn)擊次數(shù)：5992次
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。加速度計(jì)有兩種：一種是角加速度計(jì)，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進(jìn)的。另一種就是線加速度計(jì)
通過測量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。但是剛開始的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)光測量傾角和加速度好像不是很有用。但是，現(xiàn)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
加速度傳感器可以幫助你的機(jī)器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。是在爬山?還是在走下坡，摔倒了沒有?或者對于飛行類的機(jī)器人來說，對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是，你的機(jī)器人沒有帶著炸彈自己前往人群密集處。一個(gè)好的程序員能夠使用加速度傳感器來回答所有上述問題。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。
線加速度計(jì)的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（慣性力）/M（質(zhì)量） 我們只需要測量F就可以了。怎么測量F?用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到 F對應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。
所謂的壓電效應(yīng)就是 "對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng) "。
一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其zui基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的機(jī)會(huì)和問題。
壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展zui快，加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。由于安全性越來越成為汽車制造商的賣點(diǎn)，這種附加系統(tǒng)也越來越多。壓阻式加速度傳感器2000年的市場規(guī)模約為4.2億美元，根據(jù)有關(guān)調(diào)查，預(yù)計(jì)其市值將按年平均4.1%速度增長，至2007年達(dá)到5.6億美元。這其中，歐洲市場的速度zui快，因?yàn)闅W洲是許多安全氣囊和汽車生產(chǎn)企業(yè)的所在地。
壓電技術(shù)主要在工業(yè)上用來防止機(jī)器故障，使用這種傳感器可以檢測機(jī)器潛在的故障以達(dá)到自保護(hù)，及避免對工人產(chǎn)生意外傷害，這種傳感器具有用戶，尤其是質(zhì)量行業(yè)的用戶所追求的可重復(fù)性、穩(wěn)定性和自生性。但是在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，很多用戶尚無使用這類傳感器的意識(shí)，銷售商冒險(xiǎn)進(jìn)入這種尚待開發(fā)的市場會(huì)麻煩多多，因?yàn)榻K端用戶對由于使用這種傳感器而帶來的問題和解決方法都認(rèn)識(shí)不多。如果這些問題能夠得到解決，將會(huì)促進(jìn)壓電傳感器得到更快的發(fā)展。2002年壓電傳感器市值為3億美元，預(yù)計(jì)其年增長率將達(dá)到4.9%，到2007年達(dá)到4.2億美元。
電容傳感器有望有一個(gè)強(qiáng)勁的增長，2004年后增長將會(huì)更快，估計(jì)從1997年到2007年綜合年增長率為5.9%,其中zui高可達(dá)33.2%，其市值2000年為0.75億美元，到2007年將達(dá)到1.1億美元。來自歐洲和北美洲的汽車業(yè)和工業(yè)用戶是這些產(chǎn)品的主要購買者。2000年的市場上北美占40.4%，歐洲占48.9%。汽車行業(yè)使用電容式傳感器主要用于安全系統(tǒng)、輪胎磨損監(jiān)測、慣性剎車燈、前燈水準(zhǔn)測量、安全帶伸縮、自動(dòng)門鎖和安全氣囊。對于設(shè)計(jì)人員來說，電容式傳感器是非常有吸引力的，因?yàn)樗鼰o需接觸待測物，所以不必?cái)D進(jìn)狹窄的空間中。
通過測量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。但是剛開始的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)光測量傾角和加速度好像不是很有用。但是，現(xiàn)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
加速度傳感器可以幫助你的機(jī)器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。是在爬山?還是在走下坡，摔倒了沒有?或者對于飛行類的機(jī)器人來說，對于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是，你的機(jī)器人沒有帶著炸彈自己前往人群密集處。一個(gè)好的程序員能夠使用加速度傳感器來回答所有上述問題。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。
線加速度計(jì)的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A（加速度）=F（慣性力）/M（質(zhì)量） 我們只需要測量F就可以了。怎么測量F?用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到 F對應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。
所謂的壓電效應(yīng)就是 "對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng) "。
一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其zui基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的機(jī)會(huì)和問題。
壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展zui快，加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。由于安全性越來越成為汽車制造商的賣點(diǎn)，這種附加系統(tǒng)也越來越多。壓阻式加速度傳感器2000年的市場規(guī)模約為4.2億美元，根據(jù)有關(guān)調(diào)查，預(yù)計(jì)其市值將按年平均4.1%速度增長，至2007年達(dá)到5.6億美元。這其中，歐洲市場的速度zui快，因?yàn)闅W洲是許多安全氣囊和汽車生產(chǎn)企業(yè)的所在地。
壓電技術(shù)主要在工業(yè)上用來防止機(jī)器故障，使用這種傳感器可以檢測機(jī)器潛在的故障以達(dá)到自保護(hù)，及避免對工人產(chǎn)生意外傷害，這種傳感器具有用戶，尤其是質(zhì)量行業(yè)的用戶所追求的可重復(fù)性、穩(wěn)定性和自生性。但是在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，很多用戶尚無使用這類傳感器的意識(shí)，銷售商冒險(xiǎn)進(jìn)入這種尚待開發(fā)的市場會(huì)麻煩多多，因?yàn)榻K端用戶對由于使用這種傳感器而帶來的問題和解決方法都認(rèn)識(shí)不多。如果這些問題能夠得到解決，將會(huì)促進(jìn)壓電傳感器得到更快的發(fā)展。2002年壓電傳感器市值為3億美元，預(yù)計(jì)其年增長率將達(dá)到4.9%，到2007年達(dá)到4.2億美元。
電容傳感器有望有一個(gè)強(qiáng)勁的增長，2004年后增長將會(huì)更快，估計(jì)從1997年到2007年綜合年增長率為5.9%,其中zui高可達(dá)33.2%，其市值2000年為0.75億美元，到2007年將達(dá)到1.1億美元。來自歐洲和北美洲的汽車業(yè)和工業(yè)用戶是這些產(chǎn)品的主要購買者。2000年的市場上北美占40.4%，歐洲占48.9%。汽車行業(yè)使用電容式傳感器主要用于安全系統(tǒng)、輪胎磨損監(jiān)測、慣性剎車燈、前燈水準(zhǔn)測量、安全帶伸縮、自動(dòng)門鎖和安全氣囊。對于設(shè)計(jì)人員來說，電容式傳感器是非常有吸引力的，因?yàn)樗鼰o需接觸待測物，所以不必?cái)D進(jìn)狹窄的空間中。
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