單軸加速度傳感器的設計要點是什麼
？

 

單軸加速度傳感器檢測傾斜角時，檢測軸垂直於重力平麵還是平行於重力平麵?

 

單dan軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi可ke以yi用yong在zai比bi較jiao簡jian單dan應ying用yong
，比bi如ru簡jian單dan的de有you限xian角jiao度du傾qing斜xie角jiao檢jian測ce。以yi檢jian測ce汽qi車che的de傾qing斜xie角jiao來lai舉ju例li
，為wei了le防fang止zhi汽qi車che側ce滑hua和he翻fan車che，一yi般ban汽qi車che會hui采cai用yong一yi個ge加jia速su度du傳chuan感gan器qi來lai檢jian測ce汽qi車che的de傾qing斜xie角jiao。此ci時shi檢jian測ce軸zhou應ying該gai垂chui直zhi於yu重zhong力li平ping麵mian。因yin為wei檢jian測ce軸zhou與yu重zhong力li平ping麵mian垂chui直zhi時shi，加jia速su度du傳chuan感gan器qi對dui於yu小xiao角jiao度du變bian化hua的de敏min感gan度du比bi較jiao高gao，而er汽qi車che傾qing斜xie的de角jiao度du一yi般ban不bu會hui太tai大da。下xia麵mian我wo們men對dui比bi這zhe兩liang種zhong安an裝zhuang方fang式shi的de區qu別bie。

 

如下圖

，坡度角θ。下圖左邊，檢測軸X軸垂直於重力平麵（坡度為0時）
，此時加速度傳感器的輸出Ax=sin(θ)*1g。下圖右邊，檢測軸Z軸平行於重力平麵（坡度為0時）

，此時加速度傳感器的輸出Az=cos(θ)*1g。

 

圖1. X軸和Z軸加速度傳感器安裝示意圖

 

我(wo)們(men)把(ba)這(zhe)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)集(ji)中(zhong)到(dao)一(yi)個(ge)圖(tu)。來(lai)對(dui)比(bi)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)下(xia)
，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)變(bian)化(hua)。下(xia)圖(tu)中(zhong)，紅(hong)色(se)線(xian)段(duan)的(de)長(chang)度(du)
，對(dui)應(ying)檢(jian)測(ce)軸(zhou)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)時(shi)
，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)。綠(lv)色(se)線(xian)段(duan)的(de)長(chang)度(du)，對(dui)應(ying)檢(jian)測(ce)軸(zhou)平(ping)行(xing)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)時(shi)，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)。

 

圖2. 重力加速度在檢測軸上的分量

 

可以看出，當θ從0°到30°變(bian)化(hua)時(shi)，紅(hong)色(se)線(xian)段(duan)變(bian)化(hua)明(ming)顯(xian)
，而(er)綠(lv)色(se)線(xian)段(duan)則(ze)變(bian)化(hua)不(bu)明(ming)顯(xian)。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)在(zai)傾(qing)斜(xie)角(jiao)小(xiao)角(jiao)度(du)變(bian)化(hua)時(shi)，檢(jian)測(ce)軸(zhou)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)的(de)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)，得(de)到(dao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)更(geng)高(gao)。現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)
，道(dao)路(lu)上(shang)的(de)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)斜(xie)坡(po)坡(po)度(du)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)30°。yincizaijianceqicheqingxiejiaodefanganzhong，ruguoshiyongdanzhoujiasuduchuanganqi，shezhijiancezhoufangxiangchuizhiyuzhonglipingmianfangxiangbijiaoheshi。dangran，ruguoqingxiejiaoduzai60°到90°範圍內，由於加速度傳感器與傾斜角度成sin（θ）函數的關係，加速度傳感器對角度變化的敏感度降低。

 

如何根據應用要求，來計算單軸加速度傳感器最小靈敏度?

 

假設實際應用要求傾斜角檢測範圍在-63°到+63°之間，並且檢測結果可以精確到1°。首先，引入增量靈敏度慨念，增量靈敏等於每個傾斜角步進對應的輸出增量
，單位以mg顯示。S[g] = 1g*(sin(θ+P)-sin(θ))，（θ為當前角度，P為步長），增量靈敏度反應了輸出變化大小。設傾斜角度θ為X, 對應的增量靈敏度S[g]為Y作圖，我們得到:

 

圖3. 步進為1°時
，增量靈敏度曲線

 

為了滿足應用在整個傾斜角檢測範圍內分辨率的要求，可以利用上圖的曲線來確定係統的最小靈敏度。假設應用要求最小分辨率為1°，傾斜角檢測範圍在-63°到+63°之間。根據上圖, 增量靈敏度在傾斜角0°到90°變化時, 逐漸變小，當到達63°時，靈敏度降至4.074mg/1°。

 

對於數字輸出加速度傳感器，靈敏度一般使用LSB/g來表示。LSB為最低有效位
，g為重力加速度。每個LSB要區分4.074mg輸出, 那麼對應靈敏度最少是246LSB/g (1g/4.074mg)。在選擇加速度傳感器時，應保證加速度傳感器的靈敏度大於計算所得的最小靈敏度。

 

去哪兒查找加速度傳感器技術資源?

 

Digi-Key的網站中提供了大量加速度傳感器應用設計相關的技術資源，讓開發者可以輕鬆獲取。

 

物料選型資源

 

在Digi-Key網站上
，除了可以根據參數篩選加速度傳感器
，還有專門針對傳感器的傳感器選擇界麵。

 

圖4. Digi-Key網站中傳感器選擇界麵

 

一些主要的加速度傳感器廠商，如ADI， 也有相應的加速度傳感器選擇界麵
，方便用戶有針對性地篩選：

 

圖5. Digi-Key網站中ADI加速度傳感器選擇與開發板選擇頁麵

 

Digi-Key內容庫

 

Digi-Key網站上還有許多技術文章
，它們根據很產品類型、語言、供應商等進行了很好地分類。

 

比如你想尋找「ADI傳感器相關文章」
，網站就會給出一些相關的內容
，比如：采用ADXL326 和 12 位 ADC 測量加速度。

 

圖6. 在Digi-Key內容庫中的ADI傳感器相關文章

 

Digi-Key視頻庫

 

在Digi-Key視頻庫中有許多有趣的應用視頻。比如下麵的視頻介紹的是如何一個使用ADI ADXL345BCCZ-RL7來記錄遙控小車墜落時
，加速度傳感器的數據。觀看該視頻可點擊：加速度傳感器測量玩具車墜落過程。

 

圖7. Digi-Key視頻庫記錄加速度傳感器測量玩具車墜落過程的內容

 

更大的傾斜角範圍怎麼辦？

 

 

單軸加速度傳感器適用於那些傾斜角範圍比較小，傾斜位置比較固定的應用。在很多實際應用中
，傾斜角變化範圍可能會在0°到360°。此ci時shi使shi用yong雙shuang軸zhou或huo者zhe三san軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi更geng加jia適shi合he。使shi用yong雙shuang軸zhou或huo者zhe三san軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi在zai檢jian測ce傾qing斜xie角jiao應ying用yong上shang與yu單dan軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi有you什shen麼me優you勢shi以yi及ji不bu同tong處chu呢ne
？請qing看kan後hou續xu文wen章zhang有you關guan雙shuang軸zhou與yu三san軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi。

 

 

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