神奇的三轴加速度感应芯片

john_wang

神奇的三轴加速度感应芯片 [复制链接]

动作感应器又称为惯性传感器或加速度传感器，可用于侦测倾斜、振动及撞击。Wiimote中使用的是Analog Devices(模拟器件公司)开发的ADXL330加速度传感器(图13)。这是一款三维加速度传感器，可侦测X(左右)、Y(前后)、Z(上下)轴方向的加速度，并以模拟电压来表示所侦测的加速度的大小。这颗IC内部主要由双芯片构成，即重力感测单元(负责加速度的侦测，下称“g感测单元”)与控制IC单元(负责信号处理)。



图13 可别小看这颗小小的芯片。Wiimote之所以能感应我们所做出的各种动作，完全依赖于它的神奇技术

　　为了说明X轴向和Y轴向g感测单元的感测原理，我们不妨简单了解一下电容的物理特性：电容值的大小与电极板的面积大小成正比，和电极板的间隔距离成反比。g感测单元就是利用电容原理设计出来的，在图14中左上角的小区块可以看到，深色部分代表可移动的电极板，而在可移动电极板的上方左偏置与下方右偏置板块则是固定的电极板，此时可移动电极板与左右偏置板形成两个电容，当可移动电极板因加速度的影响而改变与左右偏置板的间隔，则使得电容值改变进而促使电容电压值的改变，因此可借助此特性计算出加速度的大小。



图14 动作感应器里面对应不同的轴向，有多个可移动的电极板根据电容原理来获得计算加速度的数据
　　玩家用Wiimote进行挥棒打高尔夫球的动作与ADXL330芯片内电极板的移动示意图，更容易让我们理解芯片的工作原理(图15)。



图15 玩家做出挥棒击球的动作时，芯片内的电极板也做出相应的位移，并改变电容值

　　相比X轴向和Y轴向，Z轴向垂直g感测单元的感测原理相同，只是架构有所差异。如图16所示，由两根弹簧支撑的部分为震动块，代表可移动的电极板，而在其上下两端的顶板与底板则是固定的极板。当可移动极板因为加速度的影响而改变与上下极板的间隔，则将产生电容值的改变。因此，可借此特性计算出此加速度的大小。图中的Z字折线代表弹簧装置，用来缓冲可移动电极板的移动。



图16 Z轴向垂直g感测单元的结构与X、Y轴向的有所不同
　　加速度传感器狭小的空间内竟然具有如此复杂的结构(图17)，并可实现让人惊叹的功能，这不得不让人赞叹科技的神奇。



图17 电子显微镜下的加速度传感器内部结构

　　通常加速度传感器具备6种感应功能：倾斜度侦测、运动检测、定位侦测、震动侦测、振动侦测、以及自由落体侦测。其实早在Wii发布之前，加速度传感器就已被广泛应用——高档运动器材上的计步器、带硬盘保护系统的笔记本电脑、数码相机中的防抖功能、LCD投影机防震功能、洗衣机滚筒的平衡性监控、汽车中的安全气囊、飞机上的黑匣子、地震监测仪……它早已和我们的生活密不可分。

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三维加速度传感器，可侦测X(左右)、Y(前后)、Z(上下)轴方向的加速度，并以模拟电压来表示所侦测的加速度的大小。

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怎么样才能作为角度传感器呢，能不能用它来知道运动的小车是左转了还是右转了多少角度？