1、加速度傳感器及壓電式傳感器應(yīng)用摘要：加速度傳感器是一種慣性傳感器，它能感受加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，被廣泛 用于航空航天、武器系統(tǒng)、汽車、消費(fèi)電子等。通過(guò)加速度的測(cè)量，本文簡(jiǎn)單介紹了加速 度傳感器的種類、原理及相關(guān)應(yīng)用并著重介紹了壓電式加速度傳感器。 關(guān)鍵詞：加速度，傳感器，應(yīng)用一加速度傳感器概況加速度檢測(cè)是基于測(cè)試儀器檢測(cè)質(zhì)量敏感加速度產(chǎn)生慣性力的測(cè)量，是一種全自主的慣性測(cè)量，加速度檢測(cè)廣泛應(yīng)用于航天、航空和航海的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及運(yùn)載武器的制導(dǎo)系統(tǒng)中，在振動(dòng)試驗(yàn)、地震監(jiān)測(cè)、爆破工程、地基測(cè)量、地礦勘測(cè)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。 測(cè)量加速度，目前主要是通過(guò)加速度傳感器（俗稱加速度計(jì)），并配以適當(dāng)?shù)?/p>

2、檢測(cè)電路進(jìn)行的，在（164）Hz的設(shè)備頻率下典型的加速度測(cè)量范圍為（0. 110）g。加速度傳感器的種類繁多，依據(jù)對(duì)加速度計(jì)內(nèi)檢測(cè)質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力的檢測(cè)方式來(lái)分，加速度計(jì)可分為壓電式、壓阻式、應(yīng)變式、電容式、振梁式、磁電感應(yīng)式、隧道電流式、熱電式等；按檢測(cè)質(zhì)量 的支承方式來(lái)分，則可分為懸臂梁式、擺式、折疊梁式、簡(jiǎn)支承梁式等。多數(shù)加速度傳感器 是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來(lái)工作的，當(dāng)輸入加速度時(shí)，加速度通過(guò)質(zhì)量塊形成的慣性力加在壓電材料上，壓電材料產(chǎn)生的變形和由此產(chǎn)生的電荷與加速度成正比，輸出電量經(jīng)放大后就可檢測(cè)出加速度大小。下表為部分加速度計(jì)的檢測(cè)方法及其主要性能特點(diǎn)。型式測(cè)量范圍靈偏穩(wěn)定性分辨力特

3、點(diǎn)壓電式（5加）gdF4）g（1。勺胖）g固有頻率較局，用于沖擊 及振動(dòng)測(cè)量，大地測(cè)量及 慣性導(dǎo)航等應(yīng)變式±（0.5200）g低頻響應(yīng)較好，固有頻率 低，適用于低頻振動(dòng)測(cè)量壓阻式±（2010希靈敏度較局，便于集成化， 耐沖擊，易受溫度影響液浮擺式±（115）g（10書1岬）9（Q-60、）g帶力反饋和溫控，分辨力 局，成本較局，適用于慣 性導(dǎo)航石英撓性土 (1030)g(5 10-5 x 6 x時(shí))g(60-5)g局可靠、局穩(wěn)定、局分辨 力、成本較局，適用于慣 性導(dǎo)航、運(yùn)載武器制導(dǎo)及 微重力測(cè)量振梁式±(201200)g(2.5XTTOFg體積小，重量輕

4、，成本低， 可靠性好，適用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo) 彈等制導(dǎo)微機(jī)電式土 (110 人 5)g(呻10)g(im)g尺寸小，重量輕，成本低， 適用于汽車安全防護(hù)，戰(zhàn) 術(shù)武器制導(dǎo)和慣性導(dǎo)航部分加速度計(jì)的檢測(cè)方法及其主要性能特點(diǎn)從測(cè)量維數(shù)上來(lái)看，單維的加速度傳感器技術(shù)比較成熟，絕大多數(shù)加速度傳感器為一維型（單軸）,而微慣性系統(tǒng)以及其他些應(yīng)用場(chǎng)合常常需要雙軸或者三軸的加速度傳感器來(lái)檢測(cè)加 速度矢量，目前市場(chǎng)上有越來(lái)越多的產(chǎn)品應(yīng)用了雙軸以及三軸加速度傳感器。如美國(guó)美新半導(dǎo)體有限公司（MEMSIC）開(kāi)發(fā)出了用于車身控制的雙軸加速度傳感器，該產(chǎn)品的特點(diǎn)是沒(méi)有 機(jī)械可動(dòng)部分，而且產(chǎn)品供貨后的故障發(fā)生率一直控制在一位數(shù)多的pp

5、m值。意法半導(dǎo)體公司推出了一款全新數(shù)字信號(hào)輸出三軸加速傳感器LIS331HH，其最大測(cè)量值達(dá)到 24 g,相當(dāng)于F1賽車在強(qiáng)勁剎車時(shí)產(chǎn)生加速度的5倍左右，可在消費(fèi)電子和工業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高精確度的測(cè)量?，F(xiàn)代科技要求加速度傳感器廉價(jià)、性能優(yōu)越、易于大批量生產(chǎn)。在諸如軍工、空間系統(tǒng)、科 學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域，需要使用體積小、重量輕、性能穩(wěn)定的加速度傳感器。以傳統(tǒng)加工方法制造的加速度傳感器難以全面滿足這些要求。于是應(yīng)用新興的微機(jī)械加工技術(shù)制作的微加速度傳感器應(yīng)運(yùn)而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動(dòng)快、成本低、可靠性高、易于實(shí) 現(xiàn)數(shù)字化和智能化。而且，由于微機(jī)械結(jié)構(gòu)制作精確、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批

6、量 生產(chǎn)，它的性能價(jià)格比很高。 可以預(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，它將在加速度傳感器市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。微加速度傳感器有壓阻式、壓電式、電容式等形式。壓阻式應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測(cè)量電橋，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)?，F(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性 以適合各種不同的測(cè)量要求。在靈敏度和量程方面， 從低靈敏度高量程的沖擊測(cè)量，到直流高靈敏度的低頻測(cè)量都有壓阻形式的加速度傳感器。同時(shí)壓阻式加速度傳感器測(cè)量頻率范圍也可從直流信號(hào)到具有剛度高，測(cè)量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測(cè)量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體

7、的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大靈活性，但對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在價(jià)格方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價(jià)具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)特殊使用的敏感芯體制造成本將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。電容式電容型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運(yùn)動(dòng)而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較??； 但不足之處表現(xiàn)在信號(hào)的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電

8、纜的電容影響， 以及電容傳感器本身是高阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過(guò)后繼電路給于改善。在實(shí)際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測(cè)量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。二壓電式加速度傳感器測(cè)量原理壓電加速度傳感器采用具有壓電效應(yīng)的壓電材料作基本元件，是以壓電材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。這些壓電材料，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)的表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)；當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨著改變。壓電加速 度傳感器的原理如圖一所示

9、。實(shí)際測(cè)量時(shí)，將圖中的支座與待測(cè)物剛性地固定在一起。當(dāng)待測(cè)物運(yùn)動(dòng)時(shí)，支座與待測(cè)物以同一加速度運(yùn)動(dòng)，壓電元件受到質(zhì)量塊與加速度相反方向的慣性 力的作用，在晶體的兩個(gè)表面上產(chǎn)生交變電荷（電壓）。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí) 傳感器的輸出電荷（電壓）與作用力成正比。由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是微弱的電荷， 而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來(lái)一定困難。為此，通常把 傳感器信號(hào)先輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃鹘?jīng)過(guò)阻抗變換以后，方可用于一般的放大、檢測(cè)電路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄器，從而得出物體的加速度。質(zhì)nt塊圖一壓電式加速度傳感器具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界

10、干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被最為廣泛使用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。雖然壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，商業(yè)化使用歷史也很長(zhǎng)，但因其性能指標(biāo)與材料特性、 設(shè)計(jì)和加工工藝密切相關(guān)，因此在市場(chǎng)上銷售的同類傳感器性能的實(shí)際參數(shù)以及其穩(wěn)定性和 一致性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其最大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能測(cè)量零 頻率的信號(hào)。壓電材料可分為壓電晶體和壓電陶瓷兩大類，因壓電陶瓷的壓電系數(shù)比壓電晶體的大，且采用壓電陶瓷制作的壓電式傳感器的靈敏度較高，故本系統(tǒng)壓電元件采用壓電陶瓷 ，極化方向在厚度方向（z方向）。當(dāng)加速度傳感器和被測(cè)物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，壓電元件受質(zhì)量塊慣

11、性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)。設(shè)質(zhì)量塊作用于壓電元件的力為 p.,支座作用于壓電元件的力為，則有 =Ma_=(M+m)a式中，M為質(zhì)量塊質(zhì)量；m為晶片質(zhì)量；a為物體振動(dòng)加速度。由上式可得晶片中厚度方向（z方向）任一截面上的力為F=Ma+ma（1-z/d）式中d為晶片厚度。則平均力為島抑曲+卿彳）也=（M+：m）a因晶片為壓電陶瓷，極化方向在厚度方向（z方向），作用力沿著z方向，故此時(shí)外加應(yīng)力只有 Ta， 不等于零，其平均值為式中A為晶片電極面面積。選用D型壓電常數(shù)矩陣，得電荷Q=磁法=:，-式中d醛為壓電常數(shù)。由于質(zhì)量塊一般采用質(zhì)量大的金屬鴇或其他金屬制成，而晶片很薄，

12、即有Mm,故通常寫為Q= - Ma有上式可知，壓電元件的Q與血；：、M成正比，根據(jù)測(cè)量電荷就可得到加速度。構(gòu)成元件常用的壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)形式如圖二所示。S是彈簧，M是質(zhì)塊，B是基座，P是壓電元件，R是夾持環(huán)。圖中a是中央安裝壓縮型，壓電元件一質(zhì)量塊一彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心 支柱上，支柱與基座連接。這種結(jié)構(gòu)有高的共振頻率。然而基座B與測(cè)試對(duì)象連接時(shí)，如果基座B有變形則將直接影響拾振器輸出。此外，測(cè)試對(duì)象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元 件，并使預(yù)緊力發(fā)生變化，易引起溫度漂移。圖中 c為三角剪切形，壓電元件由夾持環(huán)將其 夾牢在三角形中心柱上。 加速度計(jì)感受軸向振動(dòng)時(shí)， 壓電元件承受切應(yīng)力。 這種結(jié)構(gòu)對(duì)

13、底座 變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線性。 圖中b為環(huán)形剪切型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計(jì)，環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形 壓電元件上。由于粘結(jié)劑會(huì)隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。（時(shí)中心察霰壓編型（b）環(huán)形剪切型（0三席剪劫型圖二幅頻特性圖三測(cè)量電路由壓電元件的工作原理可知 ，壓電式傳感器可看作一個(gè)電荷發(fā)生器。同時(shí)，它也是一個(gè)電容器晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個(gè)極板，極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì)，則其電容量為式中A為晶片電極面面積； &為壓電材料的相對(duì)介電常數(shù)；句為真空介電常數(shù)。因此，壓電傳感器可以等效為一個(gè)與電容相

14、串聯(lián)的電荷源。壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高而輸出能量較小，因此,它的測(cè)量電路通常需接入一個(gè)高輸入阻抗的前置放大器把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗。(2) 放大傳感器輸出的微弱信號(hào)。本設(shè)計(jì)中前置放大器采用電荷放大器。，其作用如下壓電傳感器在實(shí)際使用時(shí)與測(cè)量?jī)x器或測(cè)量電路相連接，因此還需考慮連接電纜的等效電容C?放大器輸入電阻R輸入電容q及壓電傳感器的泄漏電阻 R,這樣壓電傳感器在系統(tǒng)中 的實(shí)際等效電路如圖四所示圖四圖中，A必運(yùn)算放大器增益。由于運(yùn)算放大器的&極高，而M q，所以可認(rèn)為&和L 是開(kāi)路的。設(shè)運(yùn)算放大器輸入電壓為，輸出電壓為.，根據(jù)運(yùn)算放大器理論和電路理論得電荷量為Q=&

15、quot; I ' -：.+匕)式中C占為反饋電容。將U口二-A；：代入上式得U若放大器開(kāi)環(huán)增益足夠大，滿足(i+&)(:江+Q),上式則可表示為由上式在一定情況下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正此，并且與電纜分布電容無(wú)關(guān)。因此，采用電荷放大器時(shí)，即使聯(lián)接電纜長(zhǎng)度在百米以上，其靈敏度也無(wú)明顯變化 這是電荷放大器的突出優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)壓電加速度測(cè)量系統(tǒng)組成電路結(jié)構(gòu)如圖五所示。壓電加速度傳感器是將被測(cè)加速度的變化轉(zhuǎn)換為電荷量的變化；電荷放大器將傳感器輸出的微弱信號(hào)放大；信號(hào)處理電路將信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)；處理后的電壓信號(hào)通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換后傳送到單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)

16、計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理分析再輸出。壓電加速闋勺感器電荷放大器桔 弓處理電路A處理電路一*圖五由于壓電陶瓷的壓電特性易受溫度影響，熱脹冷縮造成的機(jī)械形變也會(huì)對(duì)輸出產(chǎn)生影響，而普通的壓電加速度傳感器都不具備補(bǔ)償功能，直接將其應(yīng)用，可靠性不好。環(huán)境溫度對(duì)傳感器的影響主要有壓電材料的特性參數(shù)、壓電材料的熱釋電效應(yīng)和傳感器結(jié)構(gòu)3個(gè)因素。環(huán)境溫度變化會(huì)使壓電材料的壓電常數(shù)dn、介電常數(shù)£、電阻率p和彈性系數(shù)k等機(jī)電特性參數(shù)發(fā)生變化。dn和k的變化將影響傳感器的輸出靈敏度；£和p的變化會(huì)導(dǎo)致時(shí)間常數(shù) t =RC的變化，從而使傳感器的低頻響應(yīng)變化。由于金屬材料與陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)相差較大

17、,當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),質(zhì)量塊與支撐臺(tái)間的距離會(huì)有微小變化,從而質(zhì)量塊對(duì)壓電陶瓷的預(yù)壓力發(fā)生變化；而壓電陶瓷本身也受溫度影響，因此,有必要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ峭ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器在不同溫度下所產(chǎn)生的 溫度漂移值進(jìn)行標(biāo)定，將標(biāo)定結(jié)果以數(shù)據(jù)表的格式存入單片機(jī)中。實(shí)際測(cè)量中，單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的溫度自動(dòng)進(jìn)行結(jié)果的修正。靈敏度壓電式加速度計(jì)的靈敏度壓電加速度計(jì)屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計(jì)輸出電壓（ mV）與所承受 加速度之比；后者是加速度計(jì)輸出電荷與所承受加速度之比。加速度的計(jì)量單位為遣您,在工程應(yīng)用中常用重力加速度g= 9.81

18、 m/s3作計(jì)量單位。這是一種已為大家所接受的表示方式，幾乎所有測(cè)振儀器都用 g作為加速度單位并在儀器的板面上和說(shuō)明書中標(biāo)出。對(duì)給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來(lái)說(shuō)，加速度計(jì)尺寸越大，其固有頻率越低。因此選用加速度計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量的影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。 壓電晶體加速度計(jì)的橫向靈敏度表示它對(duì)橫向（垂直于加速度計(jì)軸線）振動(dòng)的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計(jì)的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點(diǎn)標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個(gè)優(yōu)良的加速度計(jì)的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3%。因此，壓電式加速度計(jì)在測(cè)試時(shí)具

19、有明顯的方向性。誤差形成因素分析壓電加速度計(jì)的前置放大器壓電元件受力后產(chǎn)生的電荷量極其微弱，這電荷使壓電元件邊界和接在邊界上的導(dǎo)體充電到電壓 U=q/Ca （這里Ca是加速度計(jì)的內(nèi)電容）。要測(cè)定這樣微弱 的電荷（或電壓）的關(guān)鍵是防止導(dǎo)線、測(cè)量電路和加速度計(jì)本身的電荷泄漏。換句話講，壓電加速度 計(jì)所用的前置放大器應(yīng)具有極高的輸入阻抗，把泄漏減少到測(cè)量準(zhǔn)確度所要求的限度以內(nèi)， 壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大器和電荷放大器。 所用電壓放大器就是高輸入阻抗的比例放大器。其電路比較簡(jiǎn)單，但輸出受連接電纜對(duì)地電容的影響，適用于一般振動(dòng)測(cè)量。電荷放大器以電容作負(fù)反饋，使用中基本不受電纜電容的影響。在電

20、荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元、器件，輸入阻抗高，但價(jià)格也比較貴。從壓電式傳感器的力學(xué)模型看，它具有“低通”特性，原可測(cè)量極低頻的振動(dòng)。但實(shí)際上由 于低頻尤其小振幅振動(dòng)時(shí)，加速度值小，傳感器的靈敏度有限，因此輸出的信號(hào)將很微弱， 信噪比很低；另外電荷的泄漏，積分電路的漂移（用于測(cè)振動(dòng)速度和位移）、器件的噪聲都是不可避免的，所以實(shí)際低頻端也出現(xiàn)“截止頻率”，約為0.11Hz左右。三應(yīng)用加速度傳感器應(yīng)用范圍廣泛，一般來(lái)講它有六種檢測(cè)感應(yīng)功能：傾斜度檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、定 位檢測(cè)、震動(dòng)檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)和自由落下檢測(cè)。傾斜度檢測(cè)加速度傳感器水平放置時(shí)，在重力作用下經(jīng)激勵(lì)有一定幅度的輸出，當(dāng)與重力方向有傾角時(shí)，

21、傳感器信號(hào)輸出幅度會(huì)有所變化，對(duì)兩種狀態(tài)下信號(hào)輸出進(jìn)行比較計(jì)算可推算出傾斜角的大小，應(yīng)用雙軸、三軸加速度傳感器就可測(cè)出任意傾斜角的大小和方向。利用加速度傳感器測(cè)量?jī)A斜度的這種檢測(cè)感應(yīng)功能，加速度傳感器可應(yīng)用于傾斜儀、傾斜度偵測(cè)電子羅盤、圖像旋轉(zhuǎn)、文本滾動(dòng)瀏覽/用戶界面、LCD投影和物理治療法等方面。飛思卡爾半導(dǎo)體公司推出的MMA7260Q三軸加速度傳感器是用于傾角測(cè)量的典型應(yīng)用之一，它以重力為輸入矢量來(lái)決定物體在空間的姿態(tài)。把加速度傳感器固定于物體的水平面上，當(dāng)物體姿態(tài)改變時(shí)，加速度傳感器的敏感軸隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，由于重力的作用，傳感器敏感軸上的加速度會(huì)發(fā)生改變，因此可通過(guò)測(cè)量加速度的變化來(lái)反

22、映物體姿態(tài)的變化。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)時(shí)，需要考慮幾個(gè)因素：如何計(jì)算它的位移，g值的范圍選擇及使用量測(cè)軸。 首先應(yīng)確定位移：計(jì)算位移要將加速度進(jìn)行二重積分，速度部分則需進(jìn)行一次積分。利用這種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)感應(yīng)功能，加速度傳感器可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制、計(jì)步器和基本運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等。國(guó)外應(yīng)用加速度傳感器進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方面的研究比較廣泛，特別是醫(yī)學(xué)臨床輔助診斷、體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、人體運(yùn)動(dòng)仿真等方面已取得大量研究成果。而國(guó)內(nèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)研究較少。加速度傳感器能獲取人體運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的頻率和幅度，且其安裝簡(jiǎn)便、體積小，能滿足人體運(yùn)動(dòng)評(píng)估檢測(cè)的要求。CarhjnV . C. Bouten等人采用壓阻式三軸加速度傳感器測(cè)量人體運(yùn)動(dòng)

23、加速度與能量消耗的關(guān)系。此三軸加速度傳感器是由3個(gè)單維壓阻式加速度傳感器正交地安裝在一個(gè)很輕的立方體盒中組成，并由彈性繃帶系與人體腰背部，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體在坐、行走等日?；顒?dòng)運(yùn)動(dòng)中加速度的測(cè)量，并獲得加速度值與人體運(yùn)動(dòng)能量消耗的關(guān)系。運(yùn)用加速度傳感器測(cè)量步行運(yùn)動(dòng)最為經(jīng)典的研究是Freedson等人采用Actigraph單軸加速度測(cè)量了三種速度下的步行(4. 8、6. 4、9. 7km/h,分別代表正常步速行走、快走和慢跑)。定位檢測(cè)利用定位檢測(cè)感應(yīng)功能，加速度傳感器可應(yīng)用于汽車導(dǎo)航、防盜設(shè)備和地圖跟蹤等。定位的精確程度是衡量系統(tǒng)陛能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，因?yàn)閷?dǎo)航系統(tǒng)等功能就是幫助用戶確定位置并提供正確的操

24、作指示。目前，常用的定位手段有慣性導(dǎo)航定位、GPS衛(wèi)星定位和組合導(dǎo)航定位等。在車載導(dǎo)航系統(tǒng)中，加速度傳感器完成車輛瞬時(shí)加速度的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，然后根據(jù)推算定位法計(jì)算出當(dāng)前位置相對(duì)于已知參考位置之間的偏移， 從而得到車輛的絕對(duì)位置。 在短時(shí)間內(nèi)， 利用這種方法得到的定位精度很高， 在平均加速度28.4的情況下，l0秒鐘內(nèi)得到的定位誤 差大約是0.5m。AD公司出品的一款雙軸加速度測(cè)量系統(tǒng) ADXL202的定位方法是慣性導(dǎo)航 定位的一種，雖然按照上述方法在短時(shí)間內(nèi)精度很高， 但隨著時(shí)間增加，誤差積累效應(yīng)越來(lái) 越大，會(huì)嚴(yán)重影響導(dǎo)航精度。因此，通常用加速度傳感器和G/X5 一起組合成為組合導(dǎo)航系統(tǒng)，以此提高定位精度，增強(qiáng)系統(tǒng)性能。GPS系統(tǒng)是通過(guò)接收三顆呈 120度分布的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)最終確定物體的方位。在一些特殊的 場(chǎng)合和地貌，比如遂道、高樓林立區(qū)和從林地帶，GPS信號(hào)會(huì)變差或完全失去，這種區(qū)域叫做死角。而通過(guò)安裝加速度傳感器和慣性導(dǎo)航，就可以進(jìn)行系統(tǒng)死區(qū)的測(cè)量。對(duì)加速度傳感器進(jìn)行一次積分，就變成單位時(shí)間內(nèi)的速度變化量，從