如何選擇合適的(G-sensor)重力加速度傳感器

2020-12-05 和訊科技

  《慧眼網》鄧林供稿,歡迎關注微信公眾號:huiyannet

  什麼是G-sensor

  現在越來越多的智能終端設備都宣稱搭載了一款傳感器,叫G-sensor,那麼這什麼是一款什麼樣的傳感器呢?其工作原理如何?又有什麼作用呢?

  G-sensor就是重力加速度傳感器,業界也簡稱為重力傳感器。重力傳感器的工作原理是牛頓第二定律。重力傳感器它能夠感知到加速力的變化,加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力,比如晃動、跌落、上升、下降等各種移動變化都能被G-sensor轉化為電信號,然後通過微處理器的計算分析後,就能夠完成程序設計好的功能。

  重力傳感器是將運動或重力轉換為電信號的傳感器,主要用於傾斜角、慣性力、衝擊及震動等參數的測量。在測量平臺傾斜角時,將重力傳感器垂直放置於在所測平臺上,重力傳感器的敏感軸應與傾斜平臺的軸向一致,在水平狀態下應與水平面平行,重力傳感器的質量塊由於受到重力加速度g 在傾斜方向上的分量α=g sin 的作用產生偏移,使重力傳感器的輸出電壓發生變化。 根據這個方向上的傾斜角可以確定出平臺的橫向傾角和縱向傾角。

  以往,重力加速度傳感器已廣泛應用於航空、航海以及軍事等領域。

  應用廣,主要用於智能終端動作和姿態偵測

  而隨著現代電子智能設備的輕薄要求以及MEMS技術的發展,現在G-sensor也越做越小。其內部是採用微電機(MEMS)技術,封裝後的尺寸已經可以做到2*2*1毫米。

  在智能終端中,G-sensor被用來偵測設備細微的一些變化,如置了G-sensor的MP3播放器就能根據使用者的甩動方向,前後更換歌曲,放進衣袋的時候也能夠計算出使用者的前進步伐。個別高端筆記本例如IBM高端系列也內置了G-sensor,在感知發生劇烈加速度時(如開始跌落),立即保護硬碟,避免硬碟損害。現代的一些應用例如微信的搖一搖功能使用的就是重力感應原理。G-sensor還用在遊戲和運動計步器等應用中來。此外,此傳感器還可用於光學防抖等的應用。

  技術路線各不同,主要為MEMS技術的壓阻式和電容式

  實現加速度的偵測,主要有以下幾種技術路線:壓電式、壓阻式、電容式和伺服式。

  壓電式:壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬於慣性式傳感器。壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電組件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低於加速度計的固有頻率時,則力的變化與被測加速度成正比。

  壓阻式:基於世界領先的MEMS矽微加工技術,壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點,易於集成在各種模擬和數字電路中,廣泛應用於汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。

  電容式:電容式加速度傳感器是基於電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計是對比較通用的加速度傳感器。在某些領域無可替代,如安全氣囊,手機行動裝置等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計採用了微機電系統(MEMS)工藝,在大量生產時變得經濟,從而保證了較低的成本。

  伺服式:伺服式加速度傳感器是一種死循環測試系統,具有動態性能好、動態範圍大和線性度好等特點。其工作原理,傳感器的振動系統由 "m-k」系統組成,與一般加速度計相同,但質量m上還接著一個電磁線圈,當基座上有加速度輸入時,質量塊偏離平衡位置,該位移大小由位移傳感器檢測出來,經伺服放大器 放大後轉換為電流輸出,該電流流過電磁線圈,在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力,力圖使質量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上,所以伺服加速度傳感器在死循環狀態下工作。由於有回饋作用,增強了抗幹擾的能力,提高測量精度,擴大了測量範圍,伺服加速度 測量技術廣泛地應用於慣性導航和慣性制導系統中,在高精度的振動測量和標定中也有應用。

  衡量指標:靈敏度很重要

  1、靈敏度方面的技術指標:對於一個儀器來說,一般都是靈敏度越高越好的,因為越靈敏,對周圍環境發生的加速度的變化就越容易感受到,加速度變化大,很自然地,輸出的電壓的變化相應地也變大,這樣測量就比較容易方便,而測量出來的數據也會比較精確的。

  2、帶寬方面的技術指標:帶寬指的是傳感器可以測量的有效的頻帶,比如,一個傳感器有上百HZ帶寬的就可以測量振動,一個具有50HZ帶寬的傳感器就可以有效測量傾角了。

  3、量程方面的技術指標:測量不一樣的事物的運動所需要的量程都是不一樣的,要根據實際情況來衡量。

  目前G-sensor供應鏈情況:

  現在適用於智能終端的G-sensor,封裝的尺寸都在3*3*1或2*2*1毫米。在這樣的尺寸中要實現加速力,只有藉助現代的MEMS技術。

  現在業界比較領先的MEMS技術的G-sensor廠商主要有BOSCH、ST、飛思卡爾等國際大廠。當前G-sensor還是由這幾家佔住主要的市場份額。但這些國際大廠普遍存在價格比較高,服務欠佳,供貨周期長等諸多不適應中國區市場的問題。

  也有一些臺廠和大陸的廠家也參與到G-sensor的研發與製作中來,如MQ、明鋯等廠家,均有推出G-sensor,但據用戶反饋其產品質量等還不是太穩定。

  目前,有家叫智動全球的公司推出G-sensor加速度傳感器精度解析度達到14bit,據了解,該廠商有自己專利,採用壓阻與電容式相結合的結構原理,其產品可以與BOSCH、ST等廠家PIN對PIN切換,且擁有不錯的性價比,是智能終端廠商G-sensor不錯的新選擇。目前深圳市匯能光電科技有限公司有代理銷售該產品。

(責任編輯:王博軒 HT002)

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