廊坊市航新仪器仪表有限公司

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。现代科技要求加速度传感器要使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。以传统加工方法制造的加速度传感器难以满足这些要求。于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且工业加速度传感器，由于微机械结构制作准确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，它的性能价格比很高。加速度传感器又叫G-sensor，获取的是x、y、z三轴的加速度数值,市场上的加速度传感器种类很多。手机中常用的加速度传感器有BMA系列，AMK的897X系列，ST的LIS3X系列等。这些传感器一般提供±2G至±16G的加速度测量范围，采用I2C或SPI接口和MCU相连，数据精度小于16bit加速度传感器厂家。

1、模拟输出vs数字输出：这个是先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的，比如2.5V对应0g的加速度，2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制（PWM）信号。

2、测量轴数量：对于多数项目来说，两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了石英扰性加速度传感器。对于某些特殊的应用，比如UAV，ROV控制，三轴的加速度传感器可能会适合一点。

3、测量值：如果你只要测量机器人相对于地面的倾角，那一个±1.5g加速度传感器就足够了。但是如果你需要测量机器人的动态性能，±2g也应该足够了。要是你的机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现，那你需要一个±5g的传感器。

4、灵敏度:一般来说，越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感，输出电压的变化也越大，这样就比较容易测量，从而获得更准确的测量值。

5、带宽:这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟，传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用，50HZ的带宽应该足够了，但是对于需要进行动态性能，比如振动，你会需要一个具有上百HZ带宽的传感器。

6、电阻/缓存机制:对于有些微控制器来说，要进行A/D转化，其连接的传感器阻值必须小于10kΩ。比如加速度传感器的阻值为32kΩ，在PIC和AVR控制板上无法正常工作，所以建议在购买传感器前，仔细阅读控制器手册，确保传感器能够正常工作。

   目前的加速度传感器有多种实现方式，主要可分为压电式、电容式及热感应式三种，这三种技术各有其优缺点。以电容式3轴加速度计的技术原理为例。电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况。其主要为利用硅的机械性质设计出的可移动机构：由于加速度使得机械悬臂与两个电极之间的距离发生变化，从而改变了两个电容的参数。通过集成的开关电容放大电路量测电容参数的变化，形成了与加速度成正比的电压输出。因此3轴加速度传感器必然包含一个单纯的机械性MEMS传感器和一枚ASIC接口芯片两部分，前者内部有成群移动的电子，主要测量XY及Z轴的区域，后者则将电容值的变化转换为电压输出。

微加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等形式。压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。廊坊市航新仪器仪表有限公司秉承三十三所几十年加速度计研制历程，目前石英挠性加速度计、加速度传感器已经形成了系列化产品，产品类型从微重力测量用的的μg级GJN-06A-I加速度计，到石油钻井用低成本、抗恶劣环境型GJN-06K加速度计，多达十几种，广泛应用于航天、航空、船舶、石油、岩土工程等诸多领域，为各类系统的导航、制导、控制、调平、监测等提供信号。

这些年来随着惯导系统广泛的应用发展对其加速度计的精度要求、稳定要求不断提高有以下几点性能范围：

1、测量范围：-g~+g

2、阈值：10-5g~10-6g

3、线性度：10-2%~10-4%

4、偏值：10-3g~10-5g

因为惯性导航需要的精度要求很高所以对其加速度计的性能需要保持很好的特性，所以需要考虑温度的变化、仪表的机电参数和电子部件参数随时间变化、受到磁、辐射和其它干扰以及对象随线加速度和角加速度运动而出现误差的可能性。为了消除这些误差,除了优化仪表的结构和系统外,还要研究仪表的校正方法,建立误差模型以便在对象的数字计算机中进行算法补偿。

现在有很多不错的加速度计结构方案并生产使用，而惯导系统中主要采用有摆式积分陀螺加速度计、力平衡式加速度计、振弦加速度计、振梁加速度计和单晶硅微加工加速度计。

1、摆式积分陀螺加速度计：优点是刻度系数的长期稳定性好。

2、力平衡式加速度计:优点是它利用闭路系统的负反馈原理把检测质量悬浮在其结构的某一固定位置上，是应用广泛的一种。

3、振弦式加速度计:比力平衡式加速度计的抗辐射性能好,比摆式积分陀螺加速度计尺寸小、结构简单、价格便宜.

一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，谐振式，隧穿式，等，但是其基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。选择加速度传感器需要考虑的因素：模拟输出vs数字输出、测量轴数量、测量值、灵敏度、带宽、电阻/缓存机制等等方面。从“神舟一号”到“神舟七号”，石英挠性加速度计为飞船返回舱提供了准确的加速度测量；从“神舟八号”到“神舟十一号”，石英挠性加速度计身兼数职，作为加速度敏感部件的核心器件，为飞船姿态控制、交会对接提供微重力和速度等信息精测；在已经完成的嫦娥3号和即将开展的嫦娥5号飞行任务中，它都是不可或缺的重要产品。