R课堂|加速度传感器的工作原理

从本文开始将为大家具体介绍传感器相关的内容。正如在“前言”中提到的，将从物联网的角度出发展开相关介绍。我们首先来了解“加速度传感器”。近年来，加速度传感器被广泛应用于智能手机和可穿戴设备等众多设备中，可以说是人们最熟悉的传感器之一。

“加速度”是指单位时间内的速度，测量这种加速度的传感器即是“加速度传感器”。通过测量加速度，可以检测物体的运动、倾斜、振动等变化的程度。

加速度相关的单位主要有三个：

・SI单位制的m/s2（米每二次方秒）

・MKS单位制的G：标准重力加速度（1G＝9.80665 m/s2）

・CGS单位制的Gal（伽）：地震加速度（100 Gal＝1 m/s2）

下图是加速度传感器的常见检测方式示意图。如图所示，当使箱子移动（例如向左上方移动）时，也就是发生加速度时，与弹簧连接的质量块的位置将会发生改变，通过捕捉这种位置变化来推导出加速度。

右图表示通过质量块位置检测倾斜角度的原理。给实际的静止状态施加1G的重力。当箱子倾斜时，质量块的位置发生变化，由于重力方向已知，因此可以检测出倾斜角度。

加速度传感器有“轴”的概念。例如，三轴加速度传感器可以检测X、Y和Z轴（方向）的G，通俗地讲，可以检测上、下、前、后、左、右的G。具体所需的轴数会因用途而异，近年来，可以掌握三维状态的三轴加速度传感器应用很广泛。三轴加速度传感器是一种将三个分别用来测量三个方向上的G的传感器集于一体的传感器。

在前面用于介绍工作原理的示意图中，弹簧在X、Y和Z方向上，所以是三轴的传感器。下面是使用三轴加速度传感器进行倾斜检测的示例。通过该示例应该可以理解“轴”的概念。

这是使Y轴水平固定、使传感器旋转时的情况。此时变化的是X和Z轴。图中已将X和Z轴变化时的传感器输出以电压值的形式绘制成曲线图。当从水平状态（0度/0g）旋转90度时，X轴输出Vx为+1g，再继续旋转+90度，变为+180度（翻转后水平）时，X轴输出Vx变为0g。当然，Y轴输出Vy保持0g不变。Z轴输出Vz为90度的相位差。

要想求出倾斜角θ，如图所示，假设合成向量|G|＝A，则G＝（Vx, Vy, Vz）＝（A sinθ, 0, A cosθ）。