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单轴加速度传感器的设计要点
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单轴加速度传感器检测倾斜角时,检测轴垂直于重力平面还是平行于重力平面?


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2020-8-7 06:24:53   评论 分享淘帖 邀请回答
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单轴加速度传感器可以用在比较简单应用,比如简单的有限角度倾斜角检测。以检测汽车的倾斜角来举例,为了防止汽车侧滑和翻车,一般汽车会采用一个加速度传感器来检测汽车的倾斜角。此时检测轴应该垂直于重力平面。因为检测轴与重力平面垂直时,加速度传感器对于小角度变化的敏感度比较高,而汽车倾斜的角度一般不会太大。下面我们对比这两种安装方式的区别。

如下图,坡度角θ。下图左边,检测轴X轴垂直于重力平面(坡度为0时),此时加速度传感器的输出Ax=sin(θ)*1g。下图右边,检测轴Z轴平行于重力平面(坡度为0时),此时加速度传感器的输出Az=cos(θ)*1g。

图1:X轴和Z轴加速度传感器安装示意图
我们把这两种方式集中到一个图。来对比两种方式下,加速度传感器的输出变化。下图中,红色线段的长度,对应检测轴垂直于重力平面时,加速度传感器的输出。绿色线段的长度,对应检测轴平行于重力平面时,加速度传感器的输出。

图2:重力加速度在检测轴上的分量
可以看出,当θ从0°到30°变化时,红色线段变化明显,而绿色线段则变化不明显。可以看出在倾斜角小角度变化时,检测轴垂直于重力平面的安装方式,得到的灵敏度更高。现实世界中,道路上的绝大多数斜坡坡度不会超过30°。因此在检测汽车倾斜角的方案中,如果使用单轴加速度传感器,设置检测轴方向垂直于重力平面方向比较合适。当然,如果倾斜角度在60°到90°范围内,由于加速度传感器与倾斜角度成sin(θ)函数的关系,加速度传感器对角度变化的敏感度降低。
2020-8-7 11:07:47 评论

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如何根据应用要求,来计算单轴加速度传感器最小灵敏度?

假设实际应用要求倾斜角检测范围在-63°到+63°之间,并且检测结果可以精确到1°。首先,引入增量灵敏度慨念,增量灵敏等于每个倾斜角步进对应的输出增量,单位以mg显示。S[g] = 1g*(sin(θ+P)-sin(θ)),(θ为当前角度,P为步长),增量灵敏度反应了输出变化大小。设倾斜角度θ为X, 对应的增量灵敏度S[g]为Y作图,我们得到:

图3:步进为1°时,增量灵敏度曲线
为了满足应用在整个倾斜角检测范围内分辨率的要求,可以利用上图的曲线来确定系统的最小灵敏度。假设应用要求最小分辨率为1°,倾斜角检测范围在-63°到+63°之间。根据上图, 增量灵敏度在倾斜角0°到90°变化时, 逐渐变小,当到达63°时,灵敏度降至4.074mg/1°。

对于数字输出加速度传感器,灵敏度一般使用LSB/g来表示。LSB为最低有效位,g为重力加速度。每个LSB要区分4.074mg输出, 那么对应灵敏度最少是246LSB/g (1g/4.074mg)。在选择加速度传感器时,应保证加速度传感器的灵敏度大于计算所得的最小灵敏度。
2020-8-7 11:07:50 评论

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