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什么是加速度傳感器？

加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力就是當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。加速力可以是個常量，比如g，也可以是變量。

圖1：ADXL 加速度傳感器

加速度傳感器一般用在哪里？

通過測量由于重力引起的加速度，你可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動態(tài)加速度，你可以分析出設備移動的方式。但是剛開始的時候，你會發(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器人來說，對于控制姿態(tài)也是至關重要的。更要確保的是，你的機器人沒有帶著炸彈自己前往人群密集處。一個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)動機的振動。

目前最新IBM Thinkpad手提電腦里就內置了加速度傳感器，能夠動態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動，并根據(jù)這些振動數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會智能的選擇關閉硬盤還是讓其繼續(xù)運行，這樣可以最大程度的保護由于振動，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦做造成的硬盤損害，最大程度的保護里面的數(shù)據(jù)。另外一個用處就是目前用的數(shù)碼相機和攝像機里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時候的手部的振動，并根據(jù)這些振動，自動調節(jié)相機的聚焦。

圖2：IBM Thinkpad 內置的 Active protection 系統(tǒng)界面

加速度傳感器是如何工作的？

多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應的原理來工作的。

所謂的壓電效應就是"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)，在晶體內部建立電場，這種由于機械力作用使介質發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應"。

圖3：壓電效應

一般加速度傳感器就是利用了其內部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產生電壓，只要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關系，就可以將加速度轉化成電壓輸出。當然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如電容效應，熱氣泡效應，光效應，但是其最基本的原理都是由于加速度產生某個介質產生變形，通過測量其變形量并用相關電路轉化成電壓輸出。

在選購加速度傳感器的時候，需要考慮什么？

模擬輸出 vs 數(shù)字輸出：
這個是最先需要考慮的。這個取決于你系統(tǒng)中和加速度傳感器之間的接口。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的，比如2.5V對應0g的加速度，2.6V對應于0.5g的加速度。數(shù)字輸出一般使用脈寬調制（PWM）信號。

如果你使用的微控制器只有數(shù)字輸入，比如BASIC Stamp，那你就只能選擇數(shù)字輸出的加速度傳感器了，但是問題是你必須占用額外的一個時鐘單元用來處理PWM信號，同時對處理器也是一個不小的負擔。

如果你使用的微控制器有模擬輸入口，比如PIC/AVR/OOPIC，你可以非常簡單的使用模擬接口的加速度傳感器，所需要的就是在程序里加入一句類似"acceleration=read_adc()"的指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。

測量軸數(shù)量：

對于多數(shù)項目來說，兩軸的加速度傳感器已經能滿足多數(shù)應用了。對于某些特殊的應用，比如UAV，ROV控制，三軸的加速度傳感器可能會適合一點。

最大測量值：

如果你只要測量機器人相對于地面的傾角，那一個±1.5g加速度傳感器就足夠了。但是如果你需要測量機器人的動態(tài)性能，±2g也應該足夠了。要是你的機器人會有比如突然啟動或者停止的情況出現(xiàn)，那你需要一個±5g的傳感器。

靈敏度：

一般來說，越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內的加速度變化更敏感，輸出電壓的變化也越大，這樣就比較容易測量，從而獲得更精確的測量值。

帶寬：

這里的帶寬實際上指的是刷新率。也就是說每秒鐘，傳感器會產生多少次讀數(shù)。對于一般只要測量傾角的應用，50HZ的帶寬應該足夠了，但是對于需要進行動態(tài)性能，比如振動，你會需要一個具有上百HZ帶寬的傳感器。

電阻/緩存機制：

對于有些微控制器來說，要進行A/D轉化，其連接的傳感器阻值必須小于10kΩ。比如Analog Devices's analog加速度傳感器的阻值為32kΩ，在PIC和AVR控制板上無法正常工作，所以建議在購買傳感器前，仔細閱讀控制器手冊，確保傳感器能夠正常工作。