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都是用加速度傳感器檢測(cè)傾斜角,雙軸比單軸器件強(qiáng)在哪兒?

得捷電子DigiKey ? 2019-07-02 11:40 ? 次閱讀

關(guān)鍵詞:加速度傳感器, 加速傳感器, 傳感器, 雙軸, 優(yōu)勢(shì), 靈敏度, 選料


在上一篇文章中,我們介紹了<如何使用單軸加速度傳感器來(lái)檢測(cè)傾斜角>點(diǎn)擊回顧)。本文在前文的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入探討,使用雙軸加速度傳感器相比較單軸加速度傳感器有什么優(yōu)勢(shì)。以及如何根據(jù)項(xiàng)目要求計(jì)算加速度傳感器的最小靈敏度,以及如何在Digi-Key網(wǎng)站上進(jìn)行選型


雙軸加速度傳感器三個(gè)優(yōu)勢(shì)

  • 降低與重力平面對(duì)齊的要求

對(duì)于單軸加速度傳感器,加速度傳感器的輸出為Ax=sin(θ)*1g,如果檢測(cè)軸與重力平面沒(méi)有很好的對(duì)齊,會(huì)影響重力加速度在檢測(cè)軸上的分量,從而影響檢測(cè)精度。

設(shè)置雙軸加速度傳感器,X軸與重力平面垂直,Y軸與重力平面平行。加速度傳感器X軸輸出值與θ的正弦值成比例Ax=sin(θ)*1g,Y軸輸出值與θ的余弦值A(chǔ)y=cos(θ)*1g成比例。我們也可以把加速度傳感器X軸與Y軸輸出值相除,得到Ax/Ay = sin(θ)*1g / cos(θ)*1g =tan(θ)。這時(shí)我們可以看到,重力加速度g不再公式里面了。這代表即使XY平面與重力平面存在一定傾斜,也可以確保檢測(cè)XY平面上傾斜角的精準(zhǔn)度。這個(gè)特性彌補(bǔ)了單軸加速度傳感器必須與重力平面對(duì)齊這一缺陷。


  • 檢測(cè)角度可以擴(kuò)展到360°

當(dāng)360°旋轉(zhuǎn)單軸加速度傳感器時(shí),每個(gè)加速度傳感器輸出值A(chǔ)x可能會(huì)對(duì)應(yīng)兩個(gè)角度。

如下圖,當(dāng)角度在90°到270°,單軸加速度傳感器輸出值A(chǔ)x與角度一一對(duì)應(yīng),超過(guò)這個(gè)范圍,每個(gè)輸出值A(chǔ)x在360°范圍內(nèi),對(duì)應(yīng)兩個(gè)傾斜角度,無(wú)法有效的區(qū)分


1,單軸加速度傳感器360°旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)輸出


而當(dāng)我們使用雙軸加速度傳感器檢測(cè)360°范圍傾斜角時(shí),設(shè)加速度傳感器兩個(gè)輸出軸Ax與Ay。并且兩個(gè)輸出軸互相垂直,這樣我們便可通過(guò)Ax與Ay的正負(fù)值來(lái)判斷旋轉(zhuǎn)角度的范圍,從而使得雙軸加速度傳感器輸出值與傾斜角度在360°范圍內(nèi)一一對(duì)應(yīng)

2,不同象限與加速度輸出值正負(fù)的關(guān)系


如上圖,根據(jù)Ax與Ay的正負(fù)可以把XY平面傾斜角度分成4個(gè)象限:

第一象限:Ax+與Ay+

第二象限:Ax+與Ay-

第三象限:Ax-與Ay-

第四象限:Ax-與Ay+

然后,可以根據(jù)Ax與Ay的比值確定具體角度。


  • 靈敏度基本恒定

雙軸加速度傳感器當(dāng)θ在60°到90°變化時(shí),X軸輸出值相對(duì)傾斜角的靈敏度下降,同時(shí)Y軸輸出相對(duì)傾斜角的靈敏度升高,兩者很好的相互補(bǔ)充。

設(shè)置雙軸加速度傳感器,X軸與重力平面垂直,Y軸與重力平面平行。加速度傳感器X軸輸出值與θ的正弦值成比例Ax=sin(θ)*1g,Y軸輸出值與θ的余弦值Ay=cos(θ)*1g成比例。把加速度傳感器X軸與Y軸輸出值相除,得到Ax/Ay = sin(θ)*1g / cos(θ)*1g =tan(θ)。

根據(jù)tan(θ)函數(shù)特性可以看出,隨著θ增大,增量靈敏度越來(lái)越高。同時(shí)可以看出,如果要計(jì)算系統(tǒng)最小靈敏度,可以取θ=0時(shí)輸出變化的增量。根據(jù)公式Ax=sin(θ)*1g,可以近似計(jì)算最小靈敏度。當(dāng)θ=0時(shí),S[g]= ΔAx= sin(P)*1g , 其中P為系統(tǒng)要求的最小步長(zhǎng)。

假設(shè)應(yīng)用要求最小分辨率為1°。取θ=0,步長(zhǎng)P為1°時(shí),靈敏度S[g]= sin(1°)=17.45mg/1°。即對(duì)應(yīng)數(shù)字輸出加速度傳感器,每個(gè)LSB要區(qū)分17.45mg輸出那么對(duì)應(yīng)靈敏度最少是58LSB/g (1g/17.45mg)。

加速度傳感器的靈敏度選型

在Digi-Key網(wǎng)站上,可以根據(jù)參數(shù)篩選電子元器件的功能。對(duì)于加速度傳感器,列出了靈敏度的參數(shù)欄。


3,Digi-Key網(wǎng)站提供根據(jù)參數(shù)篩選電子元器件的功能


靈敏度LSB/g主要針對(duì)數(shù)字輸出加速度傳感器,代表一個(gè)重力加速度(g)下,輸出能區(qū)分多少位LSB。上面已經(jīng)根據(jù)應(yīng)用要求推導(dǎo)出,假設(shè)應(yīng)用要求最小分辨率為1°,靈敏度需要大于58LSB/g。那么可以根據(jù)這一結(jié)果直接在參數(shù)欄里選擇。

在參數(shù)篩選列表我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn),%/g來(lái)表示靈敏度。這個(gè)一般用在輸出為占空比的加速度傳感器。舉例:ADIADXL213AE輸出信號(hào)為占空比調(diào)制的數(shù)字信號(hào),與加速度成比例。0g偏置=50%占空比,增加一個(gè)重力加速度,占空比改變30%。

靈敏度(mV/g)主要針對(duì)模擬輸出加速度傳感器,代表1個(gè)重力加速度下,輸出電壓的幅值。對(duì)應(yīng)于模擬輸出加速度傳感器。舉個(gè)例子:ADIADXL203CE,其中對(duì)應(yīng)靈敏度為1000mV/g。應(yīng)用要求最小分辨率為1°,根據(jù)上面推導(dǎo)至少需要能夠分辨17.45mg/1°。那么后續(xù)的檢測(cè)電路至少需要分辨17.45mV(1000mV*17.45mg/1g)的信號(hào)。


本文小結(jié)

雙軸加速度傳感器在檢測(cè)傾斜角時(shí),由于靈敏度基本恒定,相比較單軸加速度傳感器而言,減小了對(duì)加速度傳感器靈敏度的要求。同時(shí),雙軸加速度傳感器不需要與重力平面對(duì)齊,并且實(shí)現(xiàn)了360°傾斜角檢測(cè)。

有關(guān)三軸加速度傳感器傾斜角檢測(cè)時(shí),相對(duì)于單軸/雙軸加速度傳感器,有什么優(yōu)勢(shì),又有什么特點(diǎn),敬請(qǐng)大家繼續(xù)關(guān)注我們。

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