加速度传感器是什么？其工作原理又是什么？

一、加速度传感器是什么？

加速度传感器是一种能够测量物体加速度的传感器，在运动过程中，通过测量质量的惯性力和牛顿第二定律得到加速度。

根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器有电容式、电感式、应变式等。

如下图所示，PCBA上被黄色圈出来的地方为一个加速度传感器。

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加速度传感实物图

通过测量重力加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜度，也可以通过分析动态加速度来计算设备的运动。一些智能手表会有安装加速度传感器和陀螺仪芯片技术。

二、加速度传感器如何测量加速度？

加速度传感器沿三个轴运动：

X - 从左向右倾斜
Y - 前后倾斜
Z - 上下移动

加速度计轴读数以浮点值的形式提供，以 m/s^2 为单位。

具体的如下图所示：

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三、加速度传感器原理-如何工作？

加速度传感器经常用于大型电子设备的简单电路，尽管外观不起眼，但加速度传感器以多种方式工作，其中两种是压电加速度计和电容加速度计。

1、压电效应

压电加速度传感器主要应用的是压电效应，压电效应是最流行的形式。主要使用加速力而受到的微观晶体结构，压力会在晶体中产生电压，加速度传感器将这个压力转换为速度和方向。

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压力加速度传感器

压力加速度传感器--压电效应的工作原理

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压力加速度传感器原理图

如上图的模型所示，加速度传感器包含微观晶体结构，当发生振动时会产生电压，然后产生的电压会产生加速度的读数。

2、电容式加速度传感器-电容变化

电容加速度传感器感应结构之间的电容变化。如果加速力移动这些微结构中的一个，则电容会发生变化，并且加速度传感器会将此电容转换为电压以进行解释。

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电容式加速度传感器

电容加速度传感器--电容变化的工作原理

力 = 质量 x 加速度，所以要找到加速度，它需要存在的力 / 物体的质量。这就是电容加速度传感器中电容效应的工作原理：

存在 2 个电容板
物体的质量压在其中一个电容器板上，从而改变电容并允许测量力
在已知物体的力和质量的情况下，最终会测量加速度

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电容加速度传感器原理图

四、加速度传感器的功能

1、加速传感器倾斜角度

加速度传感器可用于测量倾斜角。由重力引起的加速度的持续测量可以用加速度传感器来测量。具体的如下所示：

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加速度传感器测量倾斜角

2、加速传感器跟踪运动

虽然很容易认为使用加速度传感器来跟踪物体随时间的位置是比较简单的，但是使用加速度传感器跟踪绝对位置还是没有那么容易。

3、加速传感器测量振动

加速度传感器可用于测量振动的频率和幅度。加速传感器可用于测量小到人类无法察觉到的加速度效应，例如检测地震事件或测量建筑物的共振频率。

可以测量的振动频率范围和振幅取决于加速度计的速度和噪音水平，为了得到一相对准确的结果，确保加速度传感器的数据速率至少比最快振动频率快 4 倍，还需要确保加速度传感器的本底噪声明显小于信号预计。

4、加速传感器测量高频振动

如果你将加速度传感器安装在比加速度传感器测量速度更快的强烈振动的机器上，有可能存在混叠效应和偏移，从而影响测量。

如果你测量的结构可能会产生高频振动，建议使用某种防震架将加速度传感器与这些振动隔离开来，通常是由橡胶、松紧、或者弹簧制成的比较简单的物件。

五、加速度传感器的应用领域

加速度传感器在各个领域发挥着重要作用，包括工业、医疗、社会应用和国内应用，用于监测各种物体的运动。

加速度传感器汽车安全应用

加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死制动系统、牵引力控制系统等的安全性能中。

加速度传感器游戏控制应用

加速度传感器可以检测上、下、左、右倾角的变化，因此通过向前倾斜手持设备来控制游戏中物体的前后左右方向非常简单和落后。

加速度传感器自动图像翻转应用

使用加速度传感器检测手持设备的旋转和方向，实现对待显示图像的归一化。

加速度传感器手机应用

1、保持图像清晰

使用加速度传感器检测手持设备的振动/抖动幅度，当振动/抖动幅度过大时，锁定相机快门，使拍摄的图像始终清晰。

2、计步器

加速度传感器可以检测交流信号和物体的振动。人走路时会产生一定规律的振动，加速度传感器可以检测到振动的过零点，计算出人的步数或跑步者的步数，从而计算人移动的位移，并且使用一定的公式可以计算卡路里消耗。

3、确定手机标题

加速度传感器根据手机标题的方式在横向和纵向模式之间旋转显示。

加速度传感器电子罗盘应用

加速度传感器通过测量磁通量的大小来确定方向。当加速度传感器倾斜时，通过加速度传感器的磁通量会发生变化，导致方向误差。加速度传感器可以测量倾斜角度的原理可以补偿电子罗盘的倾斜。

加速传感器GPS导航系统--死角补偿

GPS系统通过接收以120度分布的三个卫星信号来确定物体的位置。在一些特殊的场合和地形，如隧道、高楼、丛林地区，GPS信号会变弱甚至完全丢失，这就是所谓的死胡同。

通过安装加速度传感器和我们之前使用的惯性导航，可以测量系统的死区。将加速度传感器积分一次就变成了单位时间的速度变化量，从而测量死区中物体的运动。

加速度传感器笔记本电脑应用

笔记本电脑中的加速度传感器可保护硬盘驱动器免受损坏。如果笔记本电脑在使用过程中摔倒，加速度传感器会检测到摔倒并立即关闭硬盘驱动器，以避免读取头撞到硬盘驱动器盘片。

作者：李工谈元器件
链接：https://www.zhihu.com/question/542025375/answer/2773027360
来源：知乎

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