4 加速度傳感器原理和應(yīng)用

Freescale 新型加速度傳感器的性能分析和應(yīng)用研究是本設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)，在本設(shè)計(jì)的研究工程中總結(jié)出了一些基本的規(guī)律，對(duì)其多種應(yīng)用方式也進(jìn)行了初步的嘗試。下面就先簡(jiǎn)單介紹一下加速度傳感器的基本特性，接著討論其應(yīng)用的方式和方法。

（1）加速度傳感器的特性

傳感器的芯片選型：在X 和Y 軸向選用2004 年的Freescale 半導(dǎo)體公司的新品——MMA6260Q 芯片，這是個(gè)雙軸向低G 微機(jī)電加速度傳感器；在Z 軸向選用MMA 1260D 芯片，這是一款Z 軸向敏感的微機(jī)電加速度傳感器。微機(jī)電器件是一類有著許多優(yōu)點(diǎn)的半導(dǎo)體器件，用微機(jī)電系統(tǒng)做成的加速度傳感器也有傳統(tǒng)傳感器所沒有的新特性。傳統(tǒng)的加速度傳感器的核心是一個(gè)陀螺儀，它是一個(gè)精致的但是昂貴的儀器。而Freescale 半導(dǎo)體公司的加速度傳感器是一種表面微機(jī)電工藝的集成電路傳感器，這種器件是由一個(gè)表面微機(jī)電工藝的電容傳感元胞和一個(gè)信號(hào)調(diào)理ASIC 構(gòu)成的單個(gè)集成電路，見圖4，其為加速度傳感器簡(jiǎn)化的功能方框圖：

圖4 簡(jiǎn)化的加速度傳感器功能模塊框圖

（2）應(yīng)用方式和方法

本設(shè)計(jì)的研究工作主要集中在加速度傳感器的算法研究，并取得了階段性的成果。在建立算法和實(shí)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，加速度傳感器的應(yīng)用可以分成兩大類，其對(duì)應(yīng)著兩大類算法。

加速度傳感器的兩類應(yīng)用分別為動(dòng)態(tài)加速度的應(yīng)用和靜態(tài)加速度的應(yīng)用。其中，動(dòng)態(tài)加速度的應(yīng)用可以是震動(dòng)、振動(dòng)、移動(dòng)、定位信息的檢測(cè)和控制；靜態(tài)加速度的應(yīng)用可以是目標(biāo)傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)信息的檢測(cè)和控制。本設(shè)計(jì)的應(yīng)用主要是靜態(tài)加速度的應(yīng)用。

對(duì)應(yīng)于兩類不同的應(yīng)用，加速度傳感器的算法可以歸結(jié)為兩大類，即靜態(tài)加速度補(bǔ)償算法和動(dòng)態(tài)加速度補(bǔ)償算法。前者是針對(duì)動(dòng)態(tài)加速度的應(yīng)用，其目的是要排除靜態(tài)加速度，即由重力引起的加速度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；后者是針對(duì)靜態(tài)加速度的應(yīng)用，其目的則是排除動(dòng)態(tài)加速度的影響。靜態(tài)加速度補(bǔ)償算法的實(shí)現(xiàn)主要依靠加速度平衡點(diǎn)自校正的方法來實(shí)現(xiàn)；而動(dòng)態(tài)加速度補(bǔ)償需要借助于高頻濾波的方法，可以采用模擬低通濾波器或者數(shù)字低通濾波器濾除加速度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)中因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)（包括平動(dòng)、振動(dòng)等等）。

5 應(yīng)用情況和改進(jìn)設(shè)想

如上所述，本設(shè)計(jì)主要是加速度傳感器的應(yīng)用?，F(xiàn)在就其在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況作個(gè)總結(jié)，并提出一點(diǎn)改進(jìn)設(shè)想。

在本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了加速度傳感器的基本應(yīng)用，也體現(xiàn)了low-g 加速度傳感器高靈敏度的特點(diǎn)。但是在應(yīng)用中存在許多不足，仍須改進(jìn)。為什么會(huì)產(chǎn)生這些問題呢？首先，加速度傳感器有一定的感應(yīng)帶寬和其變化頻率，在設(shè)計(jì)中采用純軟件，也就是純數(shù)字的設(shè)計(jì)方法處在缺陷。數(shù)模轉(zhuǎn)換的速度有限，使得快變的加速度信號(hào)不能被很好的采集、利用。其次，對(duì)于連續(xù)變化的電壓模擬量做精度有限的數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換必然犧牲模擬量的精度，并且必須考慮數(shù)模轉(zhuǎn)換本身存在的誤差使得加速度的定標(biāo)變得很困難。

我們?cè)诤罄m(xù)的研究工作中會(huì)在一下改進(jìn)。改變?cè)械募冘浖膶?shí)現(xiàn)方法，改為軟硬件并用的方法，把原本的純軟件的積分，也就是數(shù)字量的累加改成采用模擬積分器的方法，而且改用模擬方法的自矯正，增加模擬低通濾波器。

6 小結(jié)

本設(shè)計(jì)著眼于加速度傳感器的振動(dòng)、震動(dòng)、傾斜、提升、移動(dòng)和玻璃破碎等防范信息的數(shù)字信號(hào)處理（包括區(qū)分、判斷、噪音濾除、形態(tài)綜合分析等等）算法的研究，并結(jié)合本公司的成熟技術(shù)——GSM 短信發(fā)送和報(bào)警技術(shù)，構(gòu)成新的應(yīng)用——汽車防盜GSM 報(bào)警系統(tǒng)，可望年內(nèi)向社會(huì)推廣。