電容式加速度傳感器-課件

《家電傳感器應(yīng)用》課程教學(xué)資源建設(shè)建設(shè)院校：主要參與企業(yè)：順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東美的集團(tuán)廣東新寶電器佛山市順德區(qū)美智電子佛山市順德區(qū)高迅電子《家電傳感器應(yīng)用》課程教學(xué)資源建設(shè)建設(shè)院校：主要參與企電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器1、飛思卡爾傳感器芯片飛思卡爾傳感器產(chǎn)品主要分為三大部分：慣性傳感器、壓力傳感器與電場傳感器。1、飛思卡爾傳感器芯片飛思卡爾傳感器產(chǎn)品主要分為三大部分：慣2、加速度傳感器的應(yīng)用慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測傾斜、振動及撞擊，因此可以用在汽車乘客安全、振動監(jiān)控、運動診斷、防盜裝置、電器平衡、地震檢測、傾角/傾斜儀及便攜式電子設(shè)備中。2、加速度傳感器的應(yīng)用慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測電容式加速度傳感器-課件3、應(yīng)用原理加速傳感器可用來偵測X、Y、Z軸方向的加速度，以模擬電壓來表示所偵測的加速度的大小，在IC內(nèi)部主要由雙芯片構(gòu)成，即重力感測單元（負(fù)責(zé)加速度的偵測）與控制IC單元（負(fù)責(zé)信號處理）。雙芯片可以分開安置也可以疊放處理。3、應(yīng)用原理加速傳感器可用來偵測X、Y、Z軸方向的加速度，以3、應(yīng)用原理X軸或Z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信號送到電荷積分器做積分運算，而后進(jìn)行取樣、保持及信號放大處理，最后用低通濾波器濾除高頻噪音，在溫度補償處理后即可輸出加速度信息。此輸出的模擬電壓與偵測的加速度值會維持線性比例的特性，不會受到溫度的影響。3、應(yīng)用原理X軸或Z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信3、應(yīng)用原理3、應(yīng)用原理3-1x軸向g測量電容的物理特性：電容值的大小與電極板的面積大小成正比，和電極板的間隔距離成反比g感測單元即利用電容的原理設(shè)計出來的3-1x軸向g測量電容的物理特性：電容值的大小與電極板的3-1x軸向g測量在左上角的小區(qū)塊，深色的部分代表可移動的電極板在深色電極板的上方左偏置與下方右偏置板塊則是固定的電極板，當(dāng)深色電極板因加速度的影響而改變與左右偏置板的間隔，則使得電容值改變進(jìn)而促使電容電壓值的改變，因此可借此特性計算出加速度的大小。3-1x軸向g測量在左上角的小區(qū)塊，深色的部分代表可移動3-1x軸向g測量Scanningelectronmicroscope：掃描電子顯微鏡3-1x軸向g測量Scanningelectronm3-2z軸向g測量Z軸向垂直g感測單元的感測原理與X軸向g感測單元的感測原理相同，只是架構(gòu)有所差異。3-2z軸向g測量Z軸向垂直g感測單元的感測原理與X軸3-2z軸向g測量當(dāng)中間的極板因為加速度的影響而改變與上下極板的間隔，則將產(chǎn)生電容值的改變。因此，可借此特性計算出此加速度的大小。有彈簧裝置，用來緩沖可移動電極板的移動。3-2z軸向g測量當(dāng)中間的極板因為加速度的影響而改變與上3-2z軸向g測量3-2z軸向g測量4、加速度傳感器的六種感應(yīng)功能加速傳感器的感應(yīng)功能1）傾斜度偵測2）運動檢測3）定位偵測4）震動偵測5）振動偵測6）自由落下偵測4、加速度傳感器的六種感應(yīng)功能加速傳感器的感應(yīng)功能4-1傾斜度偵測傾斜度偵測電子羅盤，傾斜儀，文本滾動瀏覽/用戶界面，圖像旋轉(zhuǎn)，LCD投影等。4-1傾斜度偵測傾斜度偵測電子羅盤，傾斜儀，文本滾動瀏覽4-1傾斜度偵測加速傳感器在靜止時，可用來檢測傾斜角，傾斜角在90~+90之間變化時，加速傳感器輸出會在1.0g~+1.0g之間變化。輸出電壓對應(yīng)傾斜角的公式如下示：

VOUT加速傳感器的輸出;Voff零加速度；△V/△G靈敏度；1.0G地球重力；θ傾斜角4-1傾斜度偵測加速傳感器在靜止時，可用來檢測傾斜角，傾4-2運動檢測運動檢測可用于運動控制，計步器，基本運動檢測。在進(jìn)行運動檢測時，需要考慮到幾個因素，包括：如何計算它的位移，g值的范圍選擇及使用量測軸。首先確定位移：計算位移要將加速度進(jìn)行二重積分，速度部分則是需進(jìn)行一次積分。根據(jù)對象的不同，g值的范圍在2~20g之間變化。4-2運動檢測運動檢測可用于運動控制，計步器，基本運動檢4-2運動檢測跳躍運動產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知，當(dāng)跳躍至最高點時處于無重力的狀態(tài)，當(dāng)落至地面時加速度出現(xiàn)近似脈沖的波形，由曲線的變化即可判斷具體的運動情況。4-2運動檢測跳躍運動產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知4-2運動檢測4-2運動檢測4-3定位偵測定位偵測可用于汽車導(dǎo)航，防盜設(shè)備，地圖跟蹤。定位偵測需要考慮的因素包括：加速度的范圍是多少及加速傳感器如何安裝。對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二重積分即可得到位置數(shù)據(jù)。此外，由于加速度數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，所以需要進(jìn)行近似積分。4-3定位偵測定位偵測可用于汽車導(dǎo)航，防盜設(shè)備，地圖跟蹤4-3定位偵測在進(jìn)行定位計算時，必須假設(shè)初始位置和速度為零，這樣對運動隨時間變化的等式進(jìn)行積分，就是將每個時間間隔內(nèi)位置和速度的增量分別與前一個值相加即可代表積分的運算。4-3定位偵測在進(jìn)行定位計算時，必須假設(shè)初始位置和4-4振動偵測振動偵測可用于下降記錄，黑盒子/故障記錄儀，HDD保護(hù)，運輸和處理監(jiān)視器、，智能電機(jī)維護(hù)，家電平衡和監(jiān)測。振動偵測只需考慮的因素是選擇g值的范圍。一般按照被測量對象的減速度決定了振動檢測所需的加速傳感器的規(guī)則選取。當(dāng)然，算法將隨每種設(shè)計的不同而不同，一般設(shè)為高于某個臨界值。通常情況下，重力的變化范圍為：自由落體檢測為1.5g，而汽車撞擊為250g。借助于快速傅立葉變換對加速度資料的分析可得到振動頻率的情況，快速傅立葉變換允許振動信號被分解成它的諧波分量，而每個電機(jī)振動都有它自己的諧波分量信號。通常，根據(jù)振動的電機(jī)或?qū)ο蟮牟煌?，重力的變化范圍?~20g。當(dāng)加速傳感器安裝的離振源越近時，g的范圍就會越大。4-4振動偵測振動偵測可用于下降記錄，黑盒子/故障記錄儀4-5震動偵測震動偵測可用于地震活動監(jiān)視器一般指對自然界本身所產(chǎn)生的現(xiàn)象4-5震動偵測震動偵測可用于地震活動監(jiān)視器4-6自由落下偵測自由落下偵測可用于自由落體保護(hù)，下降記錄，下降檢測，運動控制和認(rèn)知等。自由落下偵測可分為三種，分別為：線性落下、旋轉(zhuǎn)型落下和拋射落下。它需考慮的因素包括：線性落下g的范圍一般落在1g間；由于拋射型落下，因此需考量橫軸加速度的多寡及自由落下時要求檢測的高度。在完整的自由落體中，線性自由落體需要一個3軸加速計來完成檢測。而旋轉(zhuǎn)和拋射自由落體需要一個復(fù)雜的算法來監(jiān)控自由落體信號。4-6自由落下偵測自由落下偵測可用于自由落體保護(hù)，下降記4-6自由落下偵測在HDD保護(hù)應(yīng)用中，自由落下偵測是最近出現(xiàn)在消費性電子產(chǎn)品的一個新的應(yīng)用，利用此項功能可以保護(hù)HDD的資料安全。在HDD自由落下撞擊地面之前，從加速傳感器所得的資料分析出相應(yīng)的危機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)可立即令HDD讀寫頭做出反應(yīng)，以防止撞擊時讀寫頭將HDD資料刮壞。同樣適用于音樂播放器、電話、PDA和其他便攜式電子設(shè)備，包含下降記錄偵測與3軸向檢測功能。4-6自由落下偵測在HDD保護(hù)應(yīng)用中，自由落下偵測是最近5、MMA7260QIC是XYZ低g加速傳感器，其特性包括：單封裝3軸感應(yīng)低壓操作：2.2~3.6V電流消耗低（典型值：500A）休眠模式下電流消耗低(3A)模擬輸出350Hz帶寬g選擇：1.5g,2g,4g,和6g快速的上電響應(yīng)時間（1ms）QFN-16封裝(6mmx6mmx1.45mm)無鉛材料和綠色材料20~+85℃的工作溫度具有低功耗特性，它包含一個休眠模式管腳。具有快速啟動性能。它的休眠模式的喚醒時間很快，僅為0.5ms。通過將有源低電平休眠模式管腳設(shè)為高電平(Vdd)，即可實現(xiàn)觸發(fā)，將X，Y，和Z的輸出從Vss狀態(tài)下恢復(fù)過來。其常規(guī)加電時間也很快，僅為1ms。5、MMA7260QIC是XYZ低g加速傳感器，其特性5、MMA7260QIC5、MMA7260QIC5、MMA7260QIC通常g的范圍由MCU的I/O驅(qū)動控制，在應(yīng)用時如何確保獲得最佳的靈敏度狀態(tài)，則可以設(shè)定如果當(dāng)MCU在讀取感測器的時候，出現(xiàn)滿格的狀況并持續(xù)一段時間，則MCU必須設(shè)定更大的g值范圍來確定是否輸出還會飽和。在不同的應(yīng)用時，也可以透過設(shè)定不同的g值范圍來獲得最佳的靈敏度狀態(tài)。5、MMA7260QIC通常g的范圍由MCU的I/O驅(qū)《家電傳感器應(yīng)用》課程教學(xué)資源建設(shè)建設(shè)院校：主要參與企業(yè)：順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東美的集團(tuán)廣東新寶電器佛山市順德區(qū)美智電子佛山市順德區(qū)高迅電子《家電傳感器應(yīng)用》課程教學(xué)資源建設(shè)建設(shè)院校：主要參與企電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器1、飛思卡爾傳感器芯片飛思卡爾傳感器產(chǎn)品主要分為三大部分：慣性傳感器、壓力傳感器與電場傳感器。1、飛思卡爾傳感器芯片飛思卡爾傳感器產(chǎn)品主要分為三大部分：慣2、加速度傳感器的應(yīng)用慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測傾斜、振動及撞擊，因此可以用在汽車乘客安全、振動監(jiān)控、運動診斷、防盜裝置、電器平衡、地震檢測、傾角/傾斜儀及便攜式電子設(shè)備中。2、加速度傳感器的應(yīng)用慣性傳感器即為加速傳感器，可以用于偵測電容式加速度傳感器-課件3、應(yīng)用原理加速傳感器可用來偵測X、Y、Z軸方向的加速度，以模擬電壓來表示所偵測的加速度的大小，在IC內(nèi)部主要由雙芯片構(gòu)成，即重力感測單元（負(fù)責(zé)加速度的偵測）與控制IC單元（負(fù)責(zé)信號處理）。雙芯片可以分開安置也可以疊放處理。3、應(yīng)用原理加速傳感器可用來偵測X、Y、Z軸方向的加速度，以3、應(yīng)用原理X軸或Z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信號送到電荷積分器做積分運算，而后進(jìn)行取樣、保持及信號放大處理，最后用低通濾波器濾除高頻噪音，在溫度補償處理后即可輸出加速度信息。此輸出的模擬電壓與偵測的加速度值會維持線性比例的特性，不會受到溫度的影響。3、應(yīng)用原理X軸或Z軸的重力檢測單元將檢測到的加速度變化量信3、應(yīng)用原理3、應(yīng)用原理3-1x軸向g測量電容的物理特性：電容值的大小與電極板的面積大小成正比，和電極板的間隔距離成反比g感測單元即利用電容的原理設(shè)計出來的3-1x軸向g測量電容的物理特性：電容值的大小與電極板的3-1x軸向g測量在左上角的小區(qū)塊，深色的部分代表可移動的電極板在深色電極板的上方左偏置與下方右偏置板塊則是固定的電極板，當(dāng)深色電極板因加速度的影響而改變與左右偏置板的間隔，則使得電容值改變進(jìn)而促使電容電壓值的改變，因此可借此特性計算出加速度的大小。3-1x軸向g測量在左上角的小區(qū)塊，深色的部分代表可移動3-1x軸向g測量Scanningelectronmicroscope：掃描電子顯微鏡3-1x軸向g測量Scanningelectronm3-2z軸向g測量Z軸向垂直g感測單元的感測原理與X軸向g感測單元的感測原理相同，只是架構(gòu)有所差異。3-2z軸向g測量Z軸向垂直g感測單元的感測原理與X軸3-2z軸向g測量當(dāng)中間的極板因為加速度的影響而改變與上下極板的間隔，則將產(chǎn)生電容值的改變。因此，可借此特性計算出此加速度的大小。有彈簧裝置，用來緩沖可移動電極板的移動。3-2z軸向g測量當(dāng)中間的極板因為加速度的影響而改變與上3-2z軸向g測量3-2z軸向g測量4、加速度傳感器的六種感應(yīng)功能加速傳感器的感應(yīng)功能1）傾斜度偵測2）運動檢測3）定位偵測4）震動偵測5）振動偵測6）自由落下偵測4、加速度傳感器的六種感應(yīng)功能加速傳感器的感應(yīng)功能4-1傾斜度偵測傾斜度偵測電子羅盤，傾斜儀，文本滾動瀏覽/用戶界面，圖像旋轉(zhuǎn)，LCD投影等。4-1傾斜度偵測傾斜度偵測電子羅盤，傾斜儀，文本滾動瀏覽4-1傾斜度偵測加速傳感器在靜止時，可用來檢測傾斜角，傾斜角在90~+90之間變化時，加速傳感器輸出會在1.0g~+1.0g之間變化。輸出電壓對應(yīng)傾斜角的公式如下示：

VOUT加速傳感器的輸出;Voff零加速度；△V/△G靈敏度；1.0G地球重力；θ傾斜角4-1傾斜度偵測加速傳感器在靜止時，可用來檢測傾斜角，傾4-2運動檢測運動檢測可用于運動控制，計步器，基本運動檢測。在進(jìn)行運動檢測時，需要考慮到幾個因素，包括：如何計算它的位移，g值的范圍選擇及使用量測軸。首先確定位移：計算位移要將加速度進(jìn)行二重積分，速度部分則是需進(jìn)行一次積分。根據(jù)對象的不同，g值的范圍在2~20g之間變化。4-2運動檢測運動檢測可用于運動控制，計步器，基本運動檢4-2運動檢測跳躍運動產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知，當(dāng)跳躍至最高點時處于無重力的狀態(tài)，當(dāng)落至地面時加速度出現(xiàn)近似脈沖的波形，由曲線的變化即可判斷具體的運動情況。4-2運動檢測跳躍運動產(chǎn)生的電壓輸出變化示意，由圖中可知4-2運動檢測4-2運動檢測4-3定位偵測定位偵測可用于汽車導(dǎo)航，防盜設(shè)備，地圖跟蹤。定位偵測需要考慮的因素包括：加速度的范圍是多少及加速傳感器如何安裝。對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二重積分即可得到位置數(shù)據(jù)。此外，由于加速度數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，所以需要進(jìn)行近似積分。4-3定位偵測定位偵測可用于汽車導(dǎo)航，防盜設(shè)備，地圖跟蹤4-3定位偵測在進(jìn)行定位計算時，必須假設(shè)初始位置和速度為零，這樣對運動隨時間變化的等式進(jìn)行積分，就是將每個時間間隔內(nèi)位置和速度的增量分別與前一個值相加即可代表積分的運算。4-3定位偵測在進(jìn)行定位計算時，必須假設(shè)初始位置和4-4振動偵測振動偵測可用于下降記錄，黑盒子/故障記錄儀，HDD保護(hù)，運輸和處理監(jiān)視器、，智能電機(jī)維護(hù)，家電平衡和監(jiān)測。振動偵測只需考慮的因素是選擇g值的范圍。一般按照被測量對象的減速度決定了振動檢測所需的加速傳感器的規(guī)則選取。當(dāng)然，算法將隨每種設(shè)計的不同而不同，一般設(shè)為高于某個臨界值。通常情況下，重力的變化范圍為：自由落體檢測為1.5g，而汽車撞擊為250g。借助于快速傅立葉變換對加速度資料的分析可得到振動頻率的情況，快速傅立葉變換允許振動信號被分解成它的諧波分量，而每個電機(jī)振動都有它自己的諧波分量信號。通常，根據(jù)振動的電機(jī)或?qū)ο蟮牟煌?，重力的變化范圍?~20g。當(dāng)加速傳感器安裝的離振源越近時，g的范圍就會越大。4-4振動偵測振動偵測可用于下降記錄，黑盒子/故障記錄儀4-5震動偵測震動偵測可用于地震活動監(jiān)視器一般指對自然界本身所產(chǎn)生的現(xiàn)象4-5震動偵測震動偵測可用于地震活動監(jiān)視器4-6自由落下偵測自由落下偵測可用于自由落體保護(hù)，下降記錄，下降檢測，運動控制和認(rèn)知等。自由落下偵測可分為三種，分別為：線性落下、旋轉(zhuǎn)型落下和拋射落下。它需考慮的因素包括：線性落下g的范圍一般落在1g間；由于拋射型落下，因此需考量橫軸加速度的多寡及自由落下時要求檢測的高度。在完整的自由落體中，線性自由落體需要一個3軸加速計來完成檢測。而旋轉(zhuǎn)和拋射自由落體需要一個復(fù)雜的算法來監(jiān)控自由落體信號。4-6自由落下偵測自由落下偵測可用于自由落體保護(hù)，下降記4-6自由落下偵測在HDD保護(hù)應(yīng)用中，自由落下偵測是最近出現(xiàn)在消費性電子產(chǎn)品的一個新的應(yīng)用，利用此項功能可以保護(hù)H