电容式加速度传感器精选课件.ppt

1、家电传感器应用课程教学资源建设家电传感器应用课程教学资源建设 建设院校：建设院校：主要参与企业：主要参与企业：顺德职业技术学院顺德职业技术学院广东美的集团广东美的集团广东新宝电器广东新宝电器佛山市顺德区美智电子佛山市顺德区美智电子佛山市顺德区高迅电子佛山市顺德区高迅电子应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术电容式加速度传感器应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术1、飞思卡尔传感器芯片、飞思卡尔传感器芯片v飞思卡尔传感器产品主要分为三大部分：飞思卡尔传感器产品主要分为三大部分：惯性传感器、压力传感

2、器与电场传感器。惯性传感器、压力传感器与电场传感器。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术2、加速度传感器的应用、加速度传感器的应用v惯性传感器即为加速传感器，可以用于侦测惯性传感器即为加速传感器，可以用于侦测倾斜、振动及撞击，因此可以用在汽车乘客倾斜、振动及撞击，因此可以用在汽车乘客安全、振动监控、安全、振动监控、运动诊断、运动诊断、防盗装置、防盗装置、电器平衡、电器平衡、地震检测、地震检测、倾角倾角/倾斜仪及便携倾斜仪及便携式电子设备中。式电子设备中。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术应

3、应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3、应用原理、应用原理v加速传感器可用来侦测加速传感器可用来侦测X、Y、Z轴方向的加轴方向的加速度，以模拟电压来表示所侦测的加速度的速度，以模拟电压来表示所侦测的加速度的大小，在大小，在IC内部主要由双芯片构成，即重力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）与控制感测单元（负责加速度的侦测）与控制IC单单元（负责信号处理）。双芯片可以分开安置元（负责信号处理）。双芯片可以分开安置也可以叠放处理。也可以叠放处理。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业

4、技术3、应用原理、应用原理vX轴或轴或Z轴的重力检测单元将检测到的加速度变化轴的重力检测单元将检测到的加速度变化量信号送到电荷积分器做积分运算，而后进行取量信号送到电荷积分器做积分运算，而后进行取样、保持及信号放大处理，最后用低通滤波器滤样、保持及信号放大处理，最后用低通滤波器滤除高频噪音，在温度补偿处理后即可输出加速度除高频噪音，在温度补偿处理后即可输出加速度信息。此输出的模拟电压与侦测的加速度值会维信息。此输出的模拟电压与侦测的加速度值会维持线性比例的特性，不会受到温度的影响。持线性比例的特性，不会受到温度的影响。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南

5、铁道职业技术3、应用原理、应用原理应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3-1 x轴向轴向g测量测量v电容的物理特性：电容值的大小与电极板的面电容的物理特性：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积大小成正比，和电极板的间隔距离成反比vg感测单元即利用电容的原理设计出来的感测单元即利用电容的原理设计出来的应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3-1 x轴向轴向g测量测量v 在左上角的小区在左上角的小区块，深色的部分块，深色的部分代表可移动的电代表可移动的电极板极板v 在深

6、色电极板的上方左偏置与下方右偏置板块则是固定在深色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，当深色电极板因加速度的影响而改变与左右的电极板，当深色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，因此可借此特性计算出加速度的大小。的改变，因此可借此特性计算出加速度的大小。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3-1 x轴向轴向g测量测量v Scanning electron microscope：扫描电子显微镜：扫描电子显微镜应应用用电电子子技技术术

7、专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3-2 z轴向轴向g测量测量vZ 轴向垂直轴向垂直g感测单元的感测原理与感测单元的感测原理与X轴向轴向g感测单元的感测原理相同，只是架构有所感测单元的感测原理相同，只是架构有所差异。差异。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3-2 z轴向轴向g测量测量v 当中间的极板因当中间的极板因为加速度的影响为加速度的影响而改变与上下极而改变与上下极板的间隔，则将板的间隔，则将产生电容值的改产生电容值的改变。因此，可借变。因此，可借此特性计算出此此特性计算出此加速度的大小。加速度的大小。有弹

8、簧装置，用有弹簧装置，用来缓冲可移动电来缓冲可移动电极板的移动。极板的移动。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术3-2 z轴向轴向g测量测量应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4、加速度传感器的六种感应功能、加速度传感器的六种感应功能v 加速传感器的感应功能加速传感器的感应功能 v 1）倾斜度侦测）倾斜度侦测v 2）运动检测）运动检测 v 3）定位侦测）定位侦测v 4）震动侦测）震动侦测v 5）振动侦测）振动侦测v 6）自由落下侦测）自由落下侦测应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源

9、源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-1 倾斜度侦测倾斜度侦测v 倾斜度侦测电子罗盘，倾斜仪，文本滚动浏览倾斜度侦测电子罗盘，倾斜仪，文本滚动浏览/用用户界面，图像旋转，户界面，图像旋转，LCD投影等。投影等。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-1 倾斜度侦测倾斜度侦测v 加速传感器在静止时，可用来检测倾斜角，倾斜角在加速传感器在静止时，可用来检测倾斜角，倾斜角在 90+90 之间变化时，加速传感器输出会在之间变化时，加速传感器输出会在 1.0g+1.0g之间变化。输出电压对应倾斜角的公式如之间变化。输出电压对应倾斜角的公式如下示

10、：下示：vv VOUT加速传感器的输出加速传感器的输出;Voff 零加速度；零加速度；V/G灵敏度；灵敏度；1.0G地球重力；地球重力；倾斜角倾斜角 应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-2 运动检测运动检测v 运动检测可用于运动控制，计步器，基本运动检测运动检测可用于运动控制，计步器，基本运动检测。v 在进行运动检测时，需要考虑到几个因素，包括：在进行运动检测时，需要考虑到几个因素，包括：如何计算它的位移，如何计算它的位移，g值的范围选择及使用量测轴。值的范围选择及使用量测轴。首先确定位移：计算位移要将加速度进行二重积分首先确定位移：计算

11、位移要将加速度进行二重积分，速度部分则是需进行一次积分。根据对象的不同，速度部分则是需进行一次积分。根据对象的不同，g值的范围在值的范围在220g之间变化。之间变化。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-2 运动检测运动检测v 跳跃运动产生的电压输出变化示意，由图中可知，当跳跳跃运动产生的电压输出变化示意，由图中可知，当跳跃至最高点时处于无重力的状态，当落至地面时加速度跃至最高点时处于无重力的状态，当落至地面时加速度出现近似脉冲的波形，由曲线的变化即可判断具体的运出现近似脉冲的波形，由曲线的变化即可判断具体的运动情况。动情况。应应用用电电子

12、子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-2 运动检测运动检测应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-3 定位侦测定位侦测v 定位侦测可用于汽车导航，防盗设备，地图跟踪。定位侦测可用于汽车导航，防盗设备，地图跟踪。v 定位侦测需要考虑的因素包括：加速度的范围是多少定位侦测需要考虑的因素包括：加速度的范围是多少及加速传感器如何安装。对加速度数据进行二重积分及加速传感器如何安装。对加速度数据进行二重积分即可得到位置数据。此外，由于加速度数据是不连续即可得到位置数据。此外，由于加速度数据是不连续的，所以需要进行近

13、似积分。的，所以需要进行近似积分。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-3 定位侦测定位侦测 在进行定位计算时，必须假设初始位置和速度为零，在进行定位计算时，必须假设初始位置和速度为零，这样对运动随时间变化的等式进行积分，就是将每个这样对运动随时间变化的等式进行积分，就是将每个时间间隔内位置和速度的增量分别与前一个值相加即时间间隔内位置和速度的增量分别与前一个值相加即可代表积分的运算。可代表积分的运算。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-4 振动侦测振动侦测v 振动侦测可用于下降记录，

14、黑盒子振动侦测可用于下降记录，黑盒子/故障记录仪，故障记录仪，HDD保保护，运输和处理监视器、，智能电机维护，家电平衡和监护，运输和处理监视器、，智能电机维护，家电平衡和监测。测。v 振动侦测只需考虑的因素是选择振动侦测只需考虑的因素是选择g值的范围。一般按照被值的范围。一般按照被测量对象的减速度决定了振动检测所需的加速传感器的规测量对象的减速度决定了振动检测所需的加速传感器的规则选取。当然，算法将随每种设计的不同而不同，一般设则选取。当然，算法将随每种设计的不同而不同，一般设为高于某个临界值。通常情况下，重力的变化范围为：自为高于某个临界值。通常情况下，重力的变化范围为：自由落体检测为由落体

15、检测为 1.5g，而汽车撞击为，而汽车撞击为 250g。v 借助于快速傅立叶变换对加速度资料的分析可得到振动频借助于快速傅立叶变换对加速度资料的分析可得到振动频率的情况，快速傅立叶变换允许振动信号被分解成它的谐率的情况，快速傅立叶变换允许振动信号被分解成它的谐波分量，而每个电机振动都有它自己的谐波分量信号。通波分量，而每个电机振动都有它自己的谐波分量信号。通常，根据振动的电机或对象的不同，重力的变化范围为常，根据振动的电机或对象的不同，重力的变化范围为2 20g。当加速传感器安装的离振源越近时，。当加速传感器安装的离振源越近时，g的范围就会的范围就会越大。越大。应应用用电电子子技技术术专专业业

16、教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-5 震动侦测震动侦测v 震动侦测可用于地震活动监视器震动侦测可用于地震活动监视器v 一般指对自然界本身所产生的现象一般指对自然界本身所产生的现象应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-6 自由落下侦测自由落下侦测v 自由落下侦测可用于自由落体保护，下降记录，下自由落下侦测可用于自由落体保护，下降记录，下降检测，运动控制和认知等。降检测，运动控制和认知等。v 自由落下侦测可分为三种，分别为：线性落下、旋自由落下侦测可分为三种，分别为：线性落下、旋转型落下和抛射落下。转型落下和抛射落下。

17、v 它需考虑的因素包括：线性落下它需考虑的因素包括：线性落下g的范围一般落在的范围一般落在 1g间；由于抛射型落下，因此需考量横轴加速度的间；由于抛射型落下，因此需考量横轴加速度的多寡及自由落下时要求检测的高度。多寡及自由落下时要求检测的高度。v 在完整的自由落体中，线性自由落体需要一个在完整的自由落体中，线性自由落体需要一个3轴加轴加速计来完成检测。而旋转和抛射自由落体需要一个速计来完成检测。而旋转和抛射自由落体需要一个复杂的算法来监控自由落体信号。复杂的算法来监控自由落体信号。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术4-6 自由落下侦测自由落

18、下侦测v 在在HDD保护应用中，自由落下侦测是最近出现在消保护应用中，自由落下侦测是最近出现在消费性电子产品的一个新的应用，利用此项功能可以保费性电子产品的一个新的应用，利用此项功能可以保护护HDD的资料安全。的资料安全。v 在在HDD自由落下撞击地面之前，从加速传感器所得自由落下撞击地面之前，从加速传感器所得的资料分析出相应的危机状态，系统可立即令的资料分析出相应的危机状态，系统可立即令HDD读写头做出反应，以防止撞击时读写头将读写头做出反应，以防止撞击时读写头将HDD资料资料刮坏。刮坏。v 同样适用于音乐播放器、电话、同样适用于音乐播放器、电话、PDA和其他便携式和其他便携式电子设备，包含

19、下降记录侦测与电子设备，包含下降记录侦测与3轴向检测功能。轴向检测功能。应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术5、MMA7260Q ICv 是是XYZ低低g加速传感器，其特性包括：加速传感器，其特性包括：v 单封装单封装3轴感应轴感应v 低压操作：低压操作：2.23.6Vv 电流消耗低（典型值：电流消耗低（典型值：500 A）v 休眠模式下电流消耗低休眠模式下电流消耗低(3 A)v 模拟输出模拟输出v 350Hz 带宽带宽v g选择：选择：1.5g,2g,4g,和和 6g v 快速的上电响应时间（快速的上电响应时间（1ms）v QFN-16 封

20、装封装(6mm x 6 mmx 1.45mm)v 无铅材料和绿色材料无铅材料和绿色材料v 20+85的工作温度的工作温度v 具有低功耗特性，它包含一个休眠模式管脚。具有低功耗特性，它包含一个休眠模式管脚。v 具有快速启动性能。它的休眠模式的唤醒时间很快，仅为具有快速启动性能。它的休眠模式的唤醒时间很快，仅为0.5ms。通过将。通过将有源低电平休眠模式管脚设为高电平有源低电平休眠模式管脚设为高电平(Vdd)，即可实现触发，将，即可实现触发，将X，Y，和和Z的输出从的输出从Vss状态下恢复过来。其常规加电时间也很快，仅为状态下恢复过来。其常规加电时间也很快，仅为1ms。应应用用电电子子技技术术专专

21、业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术5、MMA7260Q IC应应用用电电子子技技术术专专业业教教学学资资源源建建设设湖南铁道职业技术湖南铁道职业技术5、MMA7260Q ICv 通常通常g的范围由的范围由MCU的的I/O驱动控制，在应用时如何确保驱动控制，在应用时如何确保获得最佳的灵敏度状态，则可获得最佳的灵敏度状态，则可以设定如果当以设定如果当MCU在读取感在读取感测器的时候，出现满格的状况测器的时候，出现满格的状况并持续一段时间，则并持续一段时间，则MCU必必须设定更大的须设定更大的g值范围来确定值范围来确定是否输出还会饱和。在不同的是否输出还会饱和。在不同的应用时，也可以透过设定不同应用时，也可以透过设定不同的的g值范围来获得最佳的灵敏值范围来获得最佳的灵敏度状态。度状态。