加速度傳感器 陀螺儀傳感器：3軸陀螺儀傳感器和3軸加速度傳感器的工作原理
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加速度傳感器 陀螺儀傳感器：加速度計(jì)和陀螺儀傳感器：原理、檢測及應(yīng)用
編者按：微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，移動(dòng)市場的增長也帶動(dòng)了MEMS需求的日益旺盛。實(shí)際上，MEMS傳感器正在成為消費(fèi)類和移動(dòng)產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵要素，例如游戲控制器、智能手機(jī)和平板電腦。MEMS為用戶提供了與其智能設(shè)備交互的全新方式。本文簡要介紹MEMS的工作原理、檢測架構(gòu)以及各種潛在應(yīng)用。
引言
本文引用地址：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)將機(jī)械和電子元件集成在微米級的小型結(jié)構(gòu)中。利用微機(jī)械加工將所有電氣器件、傳感器和機(jī)械元件集成至一片共用的硅基片，從而由半導(dǎo)體和微加工技術(shù)組合而成。MEMS系統(tǒng)的主要元件是機(jī)械單元、檢測電路以及ASIC或微控制器。本文簡要介紹MEMS加速度計(jì)傳感器和陀螺儀，討論其工作原理、檢測結(jié)構(gòu)以及目前市場的熱點(diǎn)應(yīng)用，對我們?nèi)粘Ｉ罹哂猩钸h(yuǎn)的影響。
1 MEMS慣性傳感器
MEMS傳感器在許多應(yīng)用中測量沿一個(gè)或多個(gè)軸向的線性加速度，或者環(huán)繞一個(gè)或多個(gè)軸的角速度，以作為輸入控制系統(tǒng)(圖1)。
MEMS加速度計(jì)傳感器通常利用位置測量接口電路測量物體的位移，然后利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，以便進(jìn)行數(shù)字處理。陀螺儀則測量物體由于科里奧利加速度而發(fā)生的位移。
2 加速度計(jì)工作原理
根據(jù)牛頓第二定律，物理加速度(m/s2)與受到的合力(N)成正比，與其質(zhì)量(kg)成反比，加速度方向與合力相同。
值得注意的是，加速度計(jì)的作用力檢測單元捕獲產(chǎn)生加速的力。所以，加速度計(jì)實(shí)際測量的是力，而不是加速度;基本上是通過測量施加在加速度計(jì)其中一個(gè)軸向的作用力間接測量加速度。
加速度計(jì)也是一種機(jī)電裝置，包括孔、空腔、彈簧和管道，機(jī)械加工采用微加工技術(shù)。加速度計(jì)采用多層晶圓工藝，通過檢測物體重心相對于固定電極的位移測量加速力。
3 加速度計(jì)的檢測單元
加速度計(jì)常見的檢測方法是電容檢測，其中加速度與運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電容變化相關(guān)(圖2)。這種檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是高精度、高穩(wěn)定度、低功耗，以及結(jié)構(gòu)簡單，不容易受噪聲及溫度波動(dòng)的影響。由于電容式加速度計(jì)的物理結(jié)構(gòu)(彈簧)以及IC內(nèi)的空氣作為阻尼器，其帶寬只有幾百赫茲。
ε0=自由空間的介電常數(shù)
εr=電極板之間的材料的相對介電常數(shù)
A=電極板之間的重疊面積
D=電極板之間的距離
電容結(jié)構(gòu)可以為單側(cè)或差分對。我們以差分對加速度計(jì)為例進(jìn)行介紹(圖3)。加速度計(jì)包括單個(gè)可移動(dòng)物體(一個(gè)表面)，物體沿著彈簧方向放置，介于兩個(gè)固定的硅基片或電極(另一平面)之間。顯而易見，物體相對于固定電極(d1和d2)運(yùn)動(dòng)(Motion x)，造成電容發(fā)生變化(C1和C2)。通過計(jì)算C2和C1之差，得出物體重心的位移及其方向。
可移動(dòng)物體的位移(微米)是由于加速引起的，造成電容發(fā)生極其微小的變化，可正確檢測到這一變化(式1)。這種方式需要使用多個(gè)可移動(dòng)和固定電極，采用并聯(lián)配置;可產(chǎn)生更大的電容變化，提高檢測精度，并最終使電容檢測技術(shù)更加可行。
上述過程可簡單歸納為：作用力導(dǎo)致物體發(fā)生位移，進(jìn)而發(fā)生電容變化。將多個(gè)電極并聯(lián)，可獲得更大的電容變化，更容易檢測到位移(圖4)。V1和V2連接至電容的每側(cè)，電容分壓器的中心連接到物體。
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手機(jī)來電時(shí)加速度傳感器的作用
很多時(shí)候人們接聽電話時(shí)，并沒有注意到按了接聽鍵手機(jī)的振動(dòng)就結(jié)束了，然后手機(jī)放到耳邊開始聽和講，屏幕自...
發(fā)表于 2018-06-14 08:33
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利用手機(jī)里的MEMS制造出一個(gè)微型重力儀
重力儀通常被用來測定重力加速度的微小變化，廣泛用于石油勘探和環(huán)境測量等工作中。然而大部分的重力儀相對...
發(fā)表于 2018-06-13 14:45
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加速度傳感器讓人們避免電梯中的不適感
電梯是現(xiàn)代樓宇建筑中常見的一種運(yùn)載設(shè)施，能夠快速方便地將搭載者帶到指定樓層，省時(shí)又省力。隨著電梯在生...
發(fā)表于 2018-06-07 11:00
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加速度傳感器在老齡人群的跌倒檢測中的應(yīng)用
隨著社會(huì)老齡化進(jìn)程的不斷發(fā)展，我國空巢老人的比例也逐步攀升。由于這一特殊群體在生理上的原因，因此在單...
發(fā)表于 2018-06-07 10:56
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航模飛行時(shí)至關(guān)重要的兩個(gè)傳感器
航模可以像飛機(jī)一樣上天空。利用傳感器可以更好更方便的控制航模的飛行。
發(fā)表于 2018-06-07 10:50
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地震檢波器的核心部件--加速度傳感器
地震檢波器是一種將地面振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕脑O(shè)備儀器，最為廣泛用到的是石油勘探，此外在地裂縫探測、煤氣層...
發(fā)表于 2018-06-07 10:41
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風(fēng)力發(fā)電機(jī)中主要的傳感器有哪些
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電設(shè)備，風(fēng)能先后通過葉輪、主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)后轉(zhuǎn)換成電能。在風(fēng)力...
發(fā)表于 2018-06-07 09:47
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無創(chuàng)胎心檢測方法--MEMS加速度傳感器
生命孕育的過程往往復(fù)雜而又狀況百出，雖說通過加強(qiáng)對準(zhǔn)媽媽的關(guān)照和護(hù)理能夠在一定程度上確保胎兒的健康和...
發(fā)表于 2018-06-06 12:59
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空間飛行器上加速度傳感器的作用講解
在空間飛行器的慣性測量系統(tǒng)，機(jī)器人的機(jī)械臂延展確定，車船體傾斜測量，巖體傾向判斷和工程鉆孔軌跡檢測等...
發(fā)表于 2018-06-06 12:08
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對攝影至關(guān)重要的加速度傳感器
由于在日常生活中，我們通常只能采取人工手持的方式進(jìn)行拍攝，因此，避免不了持機(jī)不穩(wěn)而給拍攝帶來的問題，...
發(fā)表于 2018-06-06 12:03
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根據(jù)手機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)，用于預(yù)測用戶的運(yùn)動(dòng)模式
本例的數(shù)據(jù)來源于UCI(即UC Irvine，加州大學(xué)歐文分校)。數(shù)據(jù)由年齡在19-48歲之間的30...
發(fā)表于 2018-06-02 09:57
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如何正確的選擇壓電式加速度傳感器 6大方面可以參...
壓電加速度傳感器因其頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性高、使用方便，受到廣泛應(yīng)用。在一般通用振動(dòng)測量時(shí)，用戶...
發(fā)表于 2018-05-14 07:35
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通過不同加速度傳感器的原理、制作工藝及應(yīng)用展開全...
MEMS壓阻式加速度傳感器的敏感元件由彈性梁、質(zhì)量塊、固定框組成。壓阻式加速度傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)力傳...
發(fā)表于 2018-05-03 16:55
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加速度傳感器的技術(shù)要求和正確選型
傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動(dòng)量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測量振動(dòng)的加速度值，而在...
發(fā)表于 2018-04-28 10:42
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加速度傳感器種類和應(yīng)用
發(fā)表于 2018-04-28 10:04
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加速度傳感器測量電路中的問題
發(fā)表于 2018-04-26 20:38
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跌倒探測儀系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分析
跌倒探測儀由加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、電源和通信模塊構(gòu)成。其中傳感器測量對象的加速度矢量；處理器模...
發(fā)表于 2018-04-13 12:33
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傾角測量的原理 雙軸傾角設(shè)計(jì)及其應(yīng)用
MAV由于體積和負(fù)載能力極為有限，因此，減小和減輕飛控導(dǎo)航系統(tǒng)的體積及重量，就顯得尤為重要。本文基于...
發(fā)表于 2018-04-13 11:37
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MEMS加速度傳感器雙贏局面仍有趨勢
市場容量持續(xù)擴(kuò)張 從加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的功能來看，無論是國際知名品牌的手機(jī)，還是普通的手機(jī)，其主要功...
發(fā)表于 2018-04-10 16:54
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MEMS加速度傳感器致力汽車主安全防患未然
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，MEMS微機(jī)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)迎來了重大發(fā)展機(jī)遇。在致力于防患未然的汽...
發(fā)表于 2018-03-29 10:08
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計(jì)步器是計(jì)步工作原理解析
計(jì)步器到底是怎么工作的呢？是怎么知道我們每天走了多少步的呢？ 記步神器：雷布斯小米手環(huán)2 中國電子科...
發(fā)表于 2018-03-26 10:37
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三步教你結(jié)合加速度傳感器和陀螺儀算法設(shè)計(jì)
從現(xiàn)在開始我們認(rèn)為你已經(jīng)設(shè)置好了IMU模塊并能計(jì)算出正確的Axr，Ayr，Azr值（在第一部分加速度...
發(fā)表于 2018-03-13 09:12
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基于加速度傳感器陣列定位的無線高亮LED燈光控制...
1.1賽題來源及科學(xué)意義 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對我們賴以生存的地球投入了越來...
發(fā)表于 2018-02-20 22:08
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加速度傳感器存在安全隱患 豐田計(jì)劃2月10日起召...
據(jù)報(bào)道，近日豐田決定自2018年2月10日起緊急召回18萬輛汽車，全新漢蘭達(dá)汽車共計(jì)輛;雷...
發(fā)表于 2018-02-13 11:14
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加速度傳感器芯片有哪些_常見MEMS加速度傳感器...
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組...
發(fā)表于 2018-02-05 11:47
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加速度傳感器是什么_常用加速度傳感器有哪幾種分類
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組...
發(fā)表于 2018-02-05 11:28
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2017年陀螺儀傳感器的市場如何，未來國內(nèi)有哪些...
對于不熟悉陀螺儀傳感器的人而言，它似乎離我們很遙遠(yuǎn)，但對電子工程師而言，陀螺儀傳感器是大家經(jīng)常接觸的...
發(fā)表于 2018-01-04 08:45
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傳感器應(yīng)用太廣泛了！手機(jī)里竟然藏著這么多功能強(qiáng)大...
傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感...
發(fā)表于 2017-12-20 14:59
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常見的微型運(yùn)動(dòng)傳感器如何進(jìn)行控制？這篇文章講透了
就在過去兩年中，運(yùn)動(dòng)傳感技術(shù)已經(jīng)開始遍地開花視頻控制臺、智能手機(jī)、電視遙控器和個(gè)人訓(xùn)練設(shè)備就在我們給...
發(fā)表于 2017-12-20 10:54
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MEMS加速度傳感器的原理與構(gòu)造介紹
隨著硅微機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)的迅猛發(fā)展,各種基于MEMS技術(shù)的器件也應(yīng)運(yùn)而生,目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)...
發(fā)表于 2017-12-06 17:22
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基于單片機(jī)的計(jì)步器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
計(jì)步器是一種頗受歡迎的日常鍛煉進(jìn)度監(jiān)控器，可以激勵(lì)人們挑戰(zhàn)自己，增強(qiáng)體質(zhì)，幫助瘦身。早期設(shè)計(jì)利用...
發(fā)表于 2017-11-27 19:19
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為什么arduino uno只能每秒讀傳感器80次？
發(fā)表于 2017-11-27 03:16
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Matlab 能讀 Arduino監(jiān)視窗口的數(shù)據(jù)嗎？
發(fā)表于 2017-11-20 08:03
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急！！Matlab 能讀 Arduino監(jiān)視窗口的數(shù)據(jù)嗎？
發(fā)表于 2017-11-20 08:02
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請教關(guān)于VISA串口讀取數(shù)據(jù)時(shí)，出現(xiàn)嚴(yán)重延時(shí)的問題
發(fā)表于 2017-11-17 04:22
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基于加速度傳感器的計(jì)步器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
隨著MEMS 技術(shù)的發(fā)展，基于MEMS 技術(shù)的慣性傳感器得到迅速發(fā)展，其具有價(jià)格低、體積小、功耗低、...
發(fā)表于 2017-11-09 15:09
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無線加速度傳感器
發(fā)表于 2017-10-25 21:09
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加速計(jì)
發(fā)表于 2017-09-18 10:42
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如何利用加速度傳感器測量物體的傾斜角度？
測量物體的傾斜角度是加速度傳感器的一種常見應(yīng)用，雖然測試原理十分簡單，但具體實(shí)現(xiàn)過程中仍然會(huì)遇到很多...
發(fā)表于 2017-08-30 16:41
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加速度傳感器的技術(shù)指標(biāo)與應(yīng)用，壓電式加速度傳感器...
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球...
發(fā)表于 2017-06-07 16:04
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加速度傳感器的分類、工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)
加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組...
發(fā)表于 2017-06-07 11:53
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手機(jī)傳感器最全的資料，就在這里了！
手機(jī)中的傳感器是指手機(jī)上的那些能夠通過芯片來感應(yīng)的元器件，如反應(yīng)距離值、光線值、溫度值、亮度值和壓力...
發(fā)表于 2017-01-10 16:00
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加速度傳感器在鐵路交通中的應(yīng)用
自鐵路出現(xiàn)以來，火車便在陸地交通運(yùn)輸中擔(dān)當(dāng)著舉足輕重的角色。尤其是隨著社會(huì)的快速發(fā)展，資源流通的頻率...
發(fā)表于 2017-01-05 17:25
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加速度傳感器工作原理及應(yīng)用
可穿戴設(shè)備當(dāng)中傳感器至關(guān)重要，其中的加速度傳感器能夠完成位置及姿勢的識別。本文通過對三軸傳感器工作原...
發(fā)表于 2016-12-28 15:16
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加速度傳感器的選型、安裝、排障
隨著智能手機(jī)等消費(fèi)類電子的普及，要求設(shè)備具備更高的功能和可設(shè)計(jì)性，加速度傳感器為滿足使用中的工況環(huán)境...
發(fā)表于 2016-11-29 14:57
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三軸加速度傳感器應(yīng)用詳解
加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀改進(jìn)過來的。另一種就是線加速度傳感器。它也可以按...
發(fā)表于 2016-11-29 13:45
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加速度傳感器的選型、安裝、排障（典藏）
加速度傳感器為滿足使用中的工況環(huán)境和量程、精度等需求，要做正確的選型，我們來了解一下加速度傳感器有哪...
發(fā)表于 2016-11-29 13:36
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細(xì)數(shù)加速度傳感器的7大應(yīng)用場景
加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀改進(jìn)過來的。另一種就是線加速度傳感器。它也可以按...
發(fā)表于 2016-11-24 17:13
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應(yīng)用輻射各行各業(yè) 傳感器市場即將爆發(fā)
在萬物互聯(lián)時(shí)代，傳感器是其中最關(guān)鍵的組件之一。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016-2021年，受物聯(lián)...
發(fā)表于 2016-11-24 10:27
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加速度傳感器工作原理及分類
加速度傳感器是一種能夠測量加速力，將加速度轉(zhuǎn)換為電信號的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在...
發(fā)表于 2016-11-22 11:50
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加速度傳感器的應(yīng)用詳解
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力也就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力。加速度傳...
發(fā)表于 2016-11-15 11:25
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加速度傳感器的幾種應(yīng)用
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力也就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力。加速度傳...
發(fā)表于 2016-05-23 18:00
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詳解加速度傳感器的幾種應(yīng)用
現(xiàn)在，加速度傳感器廣泛應(yīng)用于游戲控制、手柄振動(dòng)和搖晃、汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測、地震檢測、工程測振、地質(zhì)勘探...
發(fā)表于 2015-04-27 09:58
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基于智能手機(jī)的人體跌倒檢測系統(tǒng)
目前，跌倒檢測方法最常見的是視頻圖像分析法和穿戴式裝置檢測法。##Android是一個(gè)開源移動(dòng)操作系...
發(fā)表于 2015-01-30 11:35
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基于MEMS加速度傳感器五大功能簡化用戶設(shè)計(jì)
隨著蘋果iPhone和任天堂Wii游戲機(jī)的流行，加速度傳感器在消費(fèi)類電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。
發(fā)表于 2014-07-15 16:16
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淺析加速度傳感器在高速鐵路中的應(yīng)用
隨著高速鐵路飛速發(fā)展，在時(shí)速超過350km／h的高速鐵路線路上，列車的測速定位問題顯得越來越重要。測...
發(fā)表于 2014-07-15 15:17
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基于加速度傳感器的低功耗沖擊記錄儀的實(shí)現(xiàn)
隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是電子加速度傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的迅猛提高，電子智能型沖擊記錄儀應(yīng)運(yùn)...
發(fā)表于 2014-07-15 14:57
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基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的手勢識別系統(tǒng)
本文給出了采用ADXL335加速度傳感器來采集五個(gè)手指和手背的加速度三軸信息，并通過ZigBee無線...
發(fā)表于 2014-07-14 10:55
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基于C8051F020與傳感器的振動(dòng)信號分布式檢...
介紹了C8051F020及MXA2500GL的性能特點(diǎn)，并給出了振動(dòng)信號分布式檢測的架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)。
發(fā)表于 2014-07-13 11:43
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手機(jī)上那些你所不知道的傳感器
現(xiàn)在的手機(jī)越來越多功能，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使手機(jī)的進(jìn)步更是迅速。人們對手機(jī)的要求已經(jīng)不局限于以...
發(fā)表于 2014-07-11 13:23
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基于加速度傳感器MMA7260QT的自動(dòng)搖籃設(shè)計(jì)
照顧小寶寶是非常勞累的事情，因?yàn)樗麄冃褋砗退X都比較頻繁，加之喂食換衣服等活動(dòng)，會(huì)占用大人大量的時(shí)間...
發(fā)表于 2014-07-10 09:07
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加速度傳感器ADXL50在導(dǎo)彈行軍中的應(yīng)用
在導(dǎo)彈車載行軍過程中，車上的導(dǎo)彈會(huì)受到各種振動(dòng)的沖擊影響，這種振動(dòng)沖擊如果過大則會(huì)造成導(dǎo)彈的損傷或損...
發(fā)表于 2014-07-08 14:58
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傳感器在筆記本防盜器中的應(yīng)用
近年來針對筆記本等個(gè)人貴重物品被盜時(shí)有發(fā)生這一現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)出一種基于加速度傳感器的低功耗無線防盜器。
發(fā)表于 2014-07-07 20:19
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飛思卡爾MMA955xL: Xtrinsic運(yùn)動(dòng)...
飛思卡爾的Xtrinsic MMA955xL智能運(yùn)動(dòng)傳感平臺用于移動(dòng)設(shè)備，是業(yè)界第一個(gè)集成了MEMS...
發(fā)表于 2014-01-22 15:12
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飛思卡爾FXOS8700CQ6軸數(shù)字傳感器：3D...
飛思卡爾FXOS8700CQ 6軸Xtrinsic傳感器在小型3 x 3 x 1.2 mm QFN塑...
發(fā)表于 2014-01-22 14:32
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ADXL362：一款超低功耗、3軸MEMS加速度...
ADXL362是一款超低功耗、3軸MEMS加速度計(jì)，輸出數(shù)據(jù)速率為100 Hz時(shí)功耗低于2 μA，在...
發(fā)表于 2014-01-22 10:28
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可穿戴設(shè)備中的傳感器分類與國內(nèi)供應(yīng)商一覽
IMS研究指出，保健和醫(yī)療領(lǐng)域的可穿戴設(shè)備占據(jù)今年60%市場份額，未來的份額可能會(huì)進(jìn)一步提升。可穿戴...
發(fā)表于 2013-10-24 10:28
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打造智能傳感器平臺 軟件成熟度是關(guān)鍵
除了融合多種傳感器的硬件技術(shù)之外，飛思卡爾市場經(jīng)理高小龍還強(qiáng)調(diào)，對于多合一及智能傳感器平臺，軟件方案...
發(fā)表于 2013-08-09 08:53
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三軸加速度傳感器在智能車控制與道路識別中的應(yīng)用
三軸加速度傳感器MMA7260Q可以測量智能車慣性大小，選取最佳重心位置，并能準(zhǔn)確定位智能車處于直線...
發(fā)表于 2013-07-02 17:01
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汽車、消費(fèi)、醫(yī)療商機(jī)看漲 ADI爭當(dāng)MEMS先鋒
受益于我國汽車電子、新型數(shù)字消費(fèi)電子和醫(yī)療電子等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)市場對傳感器的需求呈現(xiàn)出快速增長...
發(fā)表于 2013-04-27 09:32
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MEMS加速度傳感器 打造下一代智慧生活
現(xiàn)今在社會(huì)大眾的生活周遭，我們已經(jīng)不知不覺的在享受MEMS傳感器所帶給我們的所有便利以及生活安全上的...
發(fā)表于 2013-03-14 16:52
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TI展示革命性鼠標(biāo)樣品：可懸空操控的“三維”鼠標(biāo)
德州儀器展示了一款革命性的鼠標(biāo)樣品，它是真正的“三維”鼠標(biāo)，不需要任何介質(zhì)便可懸空操控。
發(fā)表于 2013-03-12 11:13
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加速度計(jì)應(yīng)用于筆記本電腦硬盤保護(hù)
本文介紹利用加速度傳感器判斷硬盤是否劇烈震動(dòng)、跌落，及時(shí)調(diào)整硬盤讀寫磁頭到安全區(qū)，達(dá)到保護(hù)目的。下面...
發(fā)表于 2013-02-02 09:45
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加速度傳感器 陀螺儀傳感器：陀螺儀和加速度傳感器
今天找pid的資料突然找到了一個(gè)，然后發(fā)現(xiàn)了一個(gè)平衡車的教程，所以就記錄了下來，方便以后看，下面有鏈接所以可以去看一下這個(gè)網(wǎng)站。
1. 加速度傳感器
加速度傳感器，有些人也叫它加速度計(jì)，你只要記住其實(shí)是一個(gè)東西兩個(gè)名字而已。
加速度傳感器，顧名思義，用于測量由地球引力作用或者物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度。
為了方便理解，我將加速度分為兩種：由地球引力產(chǎn)生的重力加速度，只要地球還在，重力就不會(huì)消失；由物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)功加速度，根據(jù)牛二定理，只要有外力作用，便產(chǎn)生加速度。加速度傳感器測量的是這個(gè)加速度的總和。物體靜止加速度計(jì)測量的就是重力加速度。
2.陀螺儀
陀螺儀，沒錯(cuò)，它就只叫陀螺儀，沒有其他名字。
陀螺儀，顧名思義，你猜不出它是干嘛的也很正常。但是，現(xiàn)在你要記住了，陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。
我們小時(shí)候玩四驅(qū)車的時(shí)候，常說這個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)每秒很牛逼，單位轉(zhuǎn)/秒，那你怎么知道它轉(zhuǎn)每秒，它這樣寫你就信了？如果我們有陀螺儀，把陀螺儀掛到電機(jī)軸上，那么陀螺儀測量的是旋轉(zhuǎn)角速度，再除于三百六十度（一轉(zhuǎn)）就可以知道這個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速了。實(shí)際上我們不會(huì)這樣測轉(zhuǎn)速-。 -，這里僅舉個(gè)例子讓你明白陀螺儀是干啥的。
陀螺儀利用了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物體會(huì)受到科里奧利力的原理。在陀螺儀中利用壓電陶瓷做成振動(dòng)單元，當(dāng)旋轉(zhuǎn)（陀螺儀）時(shí)會(huì)改變振動(dòng)頻率從而反映出物體旋轉(zhuǎn)的角速度。
要獲得角度，就需要對陀螺儀角速度進(jìn)行積分Angle+ 。Angle是帶有正負(fù)的，正值表示按正向旋轉(zhuǎn)，負(fù)值表示按負(fù)向旋轉(zhuǎn)。具體怎么定義正負(fù)方向，就得看你的運(yùn)用了。
圖5 MPU-6050方向正負(fù)示意圖
由于從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經(jīng)過積分運(yùn)算。如果角速度信號存在微小 的偏差和漂移，經(jīng)過積分運(yùn)算之后，變化形成積累誤差。這個(gè)誤差會(huì)隨著時(shí)間延長逐步 增加，最終導(dǎo)致電路飽和，無法形成正確的角度信。如圖6所示。
為什么要用加速度計(jì)和陀螺儀兩個(gè)傳感器？
似乎只需要加速度傳感器就可以獲得車模的傾角，再對此角度值進(jìn)行微分便可以獲得傾角速度。但在實(shí)際車體運(yùn)行過程中，由于車體本身的擺動(dòng)所產(chǎn)生的加速度會(huì)產(chǎn)生很大的干擾信號，它疊加在上述測量信號上使得輸出信號無法準(zhǔn)確反映車體的傾角，如圖7所示。
圖7 車體運(yùn)動(dòng)引起加速度信號波動(dòng)
由于陀螺儀輸出的是車體的角速度，不會(huì)受到車體運(yùn)動(dòng)的影響，因此該信號中噪聲很小。車體的角度又是通過對角速度積分而得，這可進(jìn)一步平滑信號，從而使得角度信號更加穩(wěn)定。因此車模控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺儀所得到的信號。
由于從陀螺儀角速度獲得角度信息，需要經(jīng)過積分運(yùn)算。如果角速度信號存在微小的偏差和漂移，經(jīng)過積分運(yùn)算之后，變化形成積累誤差。這個(gè)誤差會(huì)隨著時(shí)間延長逐步增加，最終導(dǎo)致電路飽和，無法形成正確的角度信號，如圖8所示。
圖8 陀螺儀積分誤差
如何消除陀螺儀的累積誤差呢？
一種簡單的方法就是通過加速度傳感器獲得的角度信息對此進(jìn)行校正。通過對比陀螺儀積分所得到的角度與重力加速度所得到的角度，使用它們之間的偏差改變陀螺儀的輸出，從而積分的角度逐步跟蹤到加速度傳感器所得到的角度。
一言蔽之，陀螺儀噪聲很小，角速度數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，通過積分得到角度，但是長期積分會(huì)產(chǎn)生累積誤差，需要加速度傳感器來校正此誤差，獲得正確的姿態(tài)數(shù)據(jù)。
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