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如何选择合适的(G-sensor)重力加速度传感器

2015-06-16 12:03:50 慧眼网

什么是G-sensor

现在越来越多的智能终端设备都宣称搭载了一款传感器,叫G-sensor,那么这什么是一款什么样的传感器呢?其工作原理如何?又有什么作用呢?

G-sensor就是重力加速度传感器,业界也简称为重力传感器。重力传感器的工作原理是牛顿第二定律。重力传感器它能够感知到加速力的变化,加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,比如晃动、跌落、上升、下降等各种移动变化都能被G-sensor转化为电信号,然后通过微处理器的计算分析后,就能够完成程序设计好的功能。

重力传感器是将运动或重力转换为电信号的传感器,主要用于倾斜角、惯性力、冲击及震动等参数的测量。在测量平台倾斜角时,将重力传感器垂直放置于在所测平台上,重力传感器的敏感轴应与倾斜平台的轴向一致,在水平状态下应与水平面平行,重力传感器的质量块由于受到重力加速度g 在倾斜方向上的分量α=g sin 的作用产生偏移,使重力传感器的输出电压发生变化。 根据这个方向上的倾斜角可以确定出平台的横向倾角和纵向倾角。

以往,重力加速度传感器已广泛应用于航空、航海以及军事等领域。

应用广,主要用于智能终端动作和姿态侦测

而随着现代电子智能设备的轻薄要求以及MEMS技术的发展,现在G-sensor也越做越小。其内部是采用微电机(MEMS)技术,封装后的尺寸已经可以做到2*2*1毫米。

在智能终端中,G-sensor被用来侦测设备细微的一些变化,如置了G-sensor的MP3播放器就能根据使用者的甩动方向,前后更换歌曲,放进衣袋的时候也能够计算出使用者的前进步伐。个别高端笔记本例如IBM高端系列也内置了G-sensor,在感知发生剧烈加速度时(如开始跌落),立即保护硬盘,避免硬盘损害。现代的一些应用例如微信的摇一摇功能使用的就是重力感应原理。G-sensor还用在游戏和运动计步器等应用中来。此外,此传感器还可用于光学防抖等的应用。

技术路线各不同,主要为MEMS技术的压阻式和电容式

实现加速度的侦测,主要有以下几种技术路线:压电式、压阻式、电容式和伺服式。

压电式:压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电组件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,则力的变化与被测加速度成正比。

压阻式:基于世界领先的MEMS硅微加工技术,压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点,易于集成在各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

电容式:电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代,如安全气囊,手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺,在大量生产时变得经济,从而保证了较低的成本。

伺服式:伺服式加速度传感器是一种死循环测试系统,具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理,传感器的振动系统由 "m-k”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当基座上有加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感器检测出来,经伺服放大器 放大后转换为电流输出,该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上,所以伺服加速度传感器在死循环状态下工作。由于有回馈作用,增强了抗干扰的能力,提高测量精度,扩大了测量范围,伺服加速度 测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的振动测量和标定中也有应用。

衡量指标:灵敏度很重要

1、灵敏度方面的技术指标:对于一个仪器来说,一般都是灵敏度越高越好的,因为越灵敏,对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到,加速度变化大,很自然地,输出的电压的变化相应地也变大,这样测量就比较容易方便,而测量出来的数据也会比较精确的。

2、带宽方面的技术指标:带宽指的是传感器可以测量的有效的频带,比如,一个传感器有上百HZ带宽的就可以测量振动,一个具有50HZ带宽的传感器就可以有效测量倾角了。

3、量程方面的技术指标:测量不一样的事物的运动所需要的量程都是不一样的,要根据实际情况来衡量。

目前G-sensor供应链情况:

现在适用于智能终端的G-sensor,封装的尺寸都在3*3*1或2*2*1毫米。在这样的尺寸中要实现加速力,只有借助现代的MEMS技术。

现在业界比较领先的MEMS技术的G-sensor厂商主要有BOSCH、ST、飞思卡尔等国际大厂。当前G-sensor还是由这几家占住主要的市场份额。但这些国际大厂普遍存在价格比较高,服务欠佳,供货周期长等诸多不适应中国区市场的问题。

也有一些台厂和大陆的厂家也参与到G-sensor的研发与制作中来,如MQ、明锆等厂家,均有推出G-sensor,但据用户反馈其产品质量等还不是太稳定。

目前,有家叫智动全球的公司推出G-sensor加速度传感器精度分辨率达到14bit,据了解,该厂商有自己专利,采用压阻与电容式相结合的结构原理,其产品可以与BOSCH、ST等厂家PIN对PIN切换,且拥有不错的性价比,是智能终端厂商G-sensor不错的新选择。目前深圳市汇能光电科技有限公司有代理销售该产品。


标签:G-sensor
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