三軸加速度傳感器原理

　　在加速度傳感器中有一種是三軸加速度傳感器，同樣的它是基于加速度的基本原理去實現(xiàn)工作的，加速度是個空間矢量，一方面，要準確了解物體的運動狀態(tài)，必須測得其三個坐標軸上的分量；另一方面，在預先不知道物體運動方向的場合下，只有應用三軸加速度傳感器來檢測加速度信號。由于三軸加速度傳感器也是基于重力原理的，因此用三軸加速度傳感器可以實現(xiàn)雙軸正負90度或雙軸0-360度的傾角，通過校正后期精度要高于雙軸加速度傳感器大于測量角度為60度的情況。

　　目前的三軸加速度傳感器大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，產(chǎn)生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過相應的放大和濾波電路進行采集。這個和普通的加速度傳感器是基于同樣的原理，所以在一定的技術上三個單軸就可以變成一個三軸。對于多數(shù)的傳感器應用來看，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應用。但是有些方面的應用還是集中在三軸加速度傳感器中例如在數(shù)采設備，貴重資產(chǎn)監(jiān)測，碰撞監(jiān)測，測量建筑物振動，風機，風力渦輪機和其他敏感的大型結構振動。

　　三軸加速度傳感器優(yōu)點

　　三軸加速度傳感器的好處就是在預先不知道物體運動方向的場合下，只有應用三維加速度傳感器來檢測加速度信號。三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點，可以測量空間加速度，能夠全面準確反映物體的運動性質。

　　三軸加速度傳感器應用

　　1、車身安全、控制及導航系統(tǒng)中的應用

　　加速度傳感器已被廣泛應用于汽車電子領域，主要集中在車身操控、安全系統(tǒng)和導航，典型的應用如汽車安全氣囊（Airbag）、ABS防抱死剎車系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序（ESP）、電控懸掛系統(tǒng)等。

　　目前車身安全越來越得到人們的重視，汽車中安全氣囊的數(shù)量越來越多，相應對傳感器的要求也越來越嚴格。整個氣囊控制系統(tǒng)包括車身外的沖擊傳感器（Satellite Sensor）、安置于車門、車頂，和前后座等位置的加速度傳感器（G-Sensor）、電子控制器，以及安全氣囊等。電子控制器通常為16位或32位MCU，當車身受到撞擊時，沖擊傳感器會在幾微秒內(nèi)將信號發(fā)送至該電子控制器。

　　隨后電子控制器會立即根據(jù)碰撞的強度、乘客數(shù)量及座椅/安全帶的位置等參數(shù)，配合分布在整個車廂的傳感器傳回的數(shù)據(jù)進行計算和做出相應評估，并在最短的時間內(nèi)通過電爆驅動器（Squib Driver）啟動安全氣囊保證乘客的生命安全。

　　通常僅靠ABS和牽引控制系統(tǒng)無法滿足車輛在彎曲路段上的行車安全要求。該場合下電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng) （ESC） 就能夠通過修正駕駛員操作中的轉向不足或過度轉向，來控制車輛使其不偏離道路。該系統(tǒng)通過使用一個陀螺儀來測量車輛的偏航角，同時用一個低重力加速度傳感器來測量橫向加速度。將所得測量數(shù)據(jù)與通過行駛速度和車輪傾斜角兩項數(shù)據(jù)計算得到的結果進行比對，從而調(diào)整車輛轉向以防止發(fā)生側滑。

　　除了車身安全系統(tǒng)這類重要應用以外，目前加速度傳感器在導航系統(tǒng)中的也在扮演重要角色。 其主要利于GPS衛(wèi)星信號實現(xiàn)定位。而當進入衛(wèi)星信號接收不良的區(qū)域或環(huán)境中，如遂道、高樓林立、叢林地帶，就會因失去信號而喪失導航功能。基于MEMS技術的3軸加速度傳感器配合陀螺儀或電子羅盤等元件一起可創(chuàng)建方位推算系統(tǒng)（DR， Dead Reckoning），對GPS系統(tǒng)實現(xiàn)互補性應用。

　　2、硬盤抗沖擊防護

　　目前由于海量數(shù)據(jù)對存儲方面的需求，硬盤和光驅等元器件被廣泛應用到筆記本電腦、手機、數(shù)碼相機/攝相機、便攜式DVD機、PMP等設備中。便攜式設備由于其應用場合的原因，經(jīng)常會意外跌落或受到碰撞，而造成對內(nèi)部元器件的巨大沖擊。

　　為了使設備以及其中數(shù)據(jù)免受損傷，越來越多的用戶對便攜式設備的抗沖擊能力提出要求。

　　一般便攜式產(chǎn)品的跌落高度為1.2~1.3米，其在撞擊大理石質地面時會受到約50KG的沖擊力，硬盤等高速旋轉的器件卻在此類沖擊下顯得十分脆弱。

　　如果在硬盤中內(nèi)置3軸加速度傳感器，當?shù)浒l(fā)生時，系統(tǒng)會檢測到加速的突然變化，并執(zhí)行相應的自我保護操作，如關閉抗震性能差的電子或機械器件，讓磁頭復位，以減少硬盤的受損程度。

　　3、消費產(chǎn)品中的創(chuàng)新應用

　　3軸加速度傳感器為傳統(tǒng)消費及手持電子設備實現(xiàn)了革命性的創(chuàng)新空間。其可被安裝在游戲機手柄上，作為用戶動作采集器來感知其手臂前后、左右，和上下等的移動動作，并在游戲中轉化為虛擬的場景動作如揮拳、揮球拍、跳躍、甩魚竿等，把過去單純的手指運動變成真正的肢體和身體的運動，實現(xiàn)比以往按鍵操作所不能實現(xiàn)的臨場游戲感和參與感。

　　此外，3軸加速度傳感器還可用于電子計步器，人在走動的時候會產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動，而加速度傳感器可以檢測振動的過零點，從而計算出人所走的步或跑步所走的步數(shù)，從而計算出人所移動的位移。并且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗。

　　為電子羅盤（3D Compass）提供補償功能，如果不帶傾斜校正的電子指南針，需要用戶水平放置。而利用加速度傳感器可以測量傾角的這一原理，可以對電子指南針的傾斜進行補償。

　　也可用于數(shù)碼相機的防抖，檢測手持設備的振動/晃動幅度，當振動/晃動幅度過大時鎖住照相快門，使所拍攝的圖像永遠是清晰的。

　　3軸加速度傳感器的應用范圍很廣， 還能用于手持設備的姿態(tài)識別和UI操作。例如借助3軸加速度傳感器，手持設備可實現(xiàn)畫面自動轉向。

　　設備顯示的畫面和信息會根據(jù)用戶的動作而自動旋轉。其通過內(nèi)部傳感器對重力向量的方向檢測來確定設備處于水平或垂直狀態(tài)，并自動調(diào)整顯示狀態(tài)，給用戶帶來方便。

　　4、趣味性擴展功能

　　3軸加速度傳感器對用戶操控動作的轉變還可轉化為許多趣味性的擴展功能上，如虛擬樂器、虛擬骰子游戲，以及“閃訊”（Wave Message）等。

　　虛擬樂器內(nèi)置的加速度傳感器可檢測用戶對手持設備的揮動來控制樂器的節(jié)奏和音量等；骰子游戲也采用類似的原理，通過對揮動等動作的感知來控制虛擬骰子的旋轉速度，并借助內(nèi)部數(shù)學模型抽象的物理定律決定其停止的時間。

　　“閃訊”是一個更富有想象力的應用，用戶可利用此功能在空中進行文字編輯。“閃訊”即讓手持設備通過加速度傳感器捕捉用戶在空中模擬寫字的快速動作，主要適合較暗的環(huán)境下使用。手持設備上會安裝發(fā)光的LED，由于人眼視網(wǎng)膜的視覺暫留現(xiàn)象，其在空中揮動的動作會在其眼中留下短暫的連續(xù)畫面，完成寫字的所有動作筆順。

　　隨著MEMS微電子機械系統(tǒng)技術在傳感器領域中的廣泛應用，使得加速度傳感器的體積變得更加輕便、性能得到明顯提升。