加速度计的原理与应用

news2024/9/21 22:45:00

什么是加速度计

加速度计是一种传感器,可以测量物体所受加速的大小和方向。

加速度计的工作原理

传统加速度计利用质量和弹簧的相互作用来感应加速度,当物体收到加速度时,弹簧会发生变形,通过衡量这种变形来测量加速度的大小。

加速度计的用途

航空航天:用于飞机、导弹的姿态控制,卫星、载人飞船的轨道控制;

汽车:车辆稳定性控制、碰撞检测;

电子消费品:手机、平板,实现横竖屏切换、计步等。

MEMS加速度计的工作原理

MEMS加速度计由:

        上电容、

         中电容板(可移动)、

        下电容板

这三部分组成。

当有加速度的时候,中电容板会移动,与上、下电容板的距离就会变化,上、下电容的容值就会变化。

电容值的变化与加速度成正比,通过对输出电压数字处理后,输出数字化信号。

输出电压为电容电压变化的部分,Vm是输出电压,Vs为输出电压;

Vs = \frac{Cs1-Cs2}{Cs1+Cs2} * Vm

根据电容的定义,可得出电容的大小与位移之间的关系:

Cs1 = \frac{\varepsilon _{0} *\varepsilon }{d-x}    ,Cs2 = \frac{\varepsilon _{0} *\varepsilon }{d+x}

由上面的两个公式可得:

Vs = \frac{x}{d} *Vm

根据力学原理:

Kx = -ma

加速度与输出电压的关系:

a = \frac{Kx}{m} = \frac{KdV_{s}}{mV_{m}}

 

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