三轴数字加速度计的原理及典型应用

【导读】加速度传感器有多种实现方式，主要可分为压电式、电容式及热感应式三种，按输入轴数目分类，有单轴、双轴和三轴加速度计。三轴加速度传感器是基于加速度的基本原理去实现工作，具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。

工作原理

三轴加速度传感器大多采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集。这个和普通的加速度传感器是基于同样的原理，所以在一定的技术上三个单轴就可以变成一个三轴。对于多数的传感器应用来看，两轴的加速度传感器已经能满足多数应用。但是有些方面的应用还是集中在三轴加速度传感器中例如在数采设备，贵重资产监测，碰撞监测，测量建筑物振动，风机，风力涡轮机和其他敏感的大型结构振动。

三轴加速度计作为惯性导航系统的基本组成元件，被广泛的应用于航空领域之中，其和系统控制器、处理器、存储器之间的信号传输主要通过航天总线进行。Space Wire作为专为航天系统开发的标准规范，可以提高加速度计的传输速率，增强传输稳定性。

典型应用

(1)汽车电子领域：

以车身安全系统为例，当车身受到撞击时，冲击传感器会在几微秒内将信号发送至该电子控制器。随后电子控制器会立即根据碰撞的强度、乘客数量及座椅/安全带的位置等参数，配合分布在整个车厢的传感器传回的数据进行计算和做出相应评估，并在最短的时间内通过电爆驱动器启动安全气囊保证乘客的生命安全。

(2)便携式设备的抗冲击防护：

便携式设备由于其应用场合的原因，经常会意外跌落或受到碰撞，而造成对内部元器件的巨大冲击。当跌落发生时，系统会检测到加速的突然变化，并执行相应的自我保护操作，如关闭抗震性能差的电子或机械器件，从而避免其受损，或发生硬盘磁头损坏或刮伤盘片等可能造成数据永久丢失的情况。

(3)卫星导航：

当进入卫星信号接收不良的区域或环境中就会因失去信号而丧失导航功能。基于MEMS技术的3轴加速度传感器配合陀螺仪或电子罗盘等元件一起可创建方位推算系统，对GPS系统实现互补性应用。

(4)虚拟现实：

例如AR/VR，游戏机手柄等，通过穿戴或手持的游戏装备、手柄，传感器同步感应人体加速度，根据加速度分析人体的动作，进而在游戏屏幕上同步呈现出相应的游戏动作，一些体感游戏甚至能达到与户外运动相同锻炼的效果。