加速度计的幻想与现实

作为应用工程师为ADI的紧凑、低成本、重力敏感型提供支持我微机电加速度计®，我们可以听到很多关于如何以有用的方式使用加速度计的创意，但有时这些建议违反了物理定律！我们以非正式的尺度对其中一些想法进行了评估，从真实到梦想之地：

Real – 一个真正的应用程序，今天实际工作，目前正在生产中。

幻想 – 如果我们拥有更好的技术，该应用程序是可能的。

梦想之地 – 我们能想到的任何实际实现都会违反物理定律。

洗衣机负载平衡。高速旋转循环过程中的不平衡负载会导致洗衣机晃动，如果不加以约束，它们甚至可以在地板上“行走”。加速度计在自旋周期中感应加速度。如果存在不平衡，洗衣机会通过来回点动滚筒来重新分配负载，直到负载平衡。

真正。有了更好的负载平衡，更快的旋转速率可用于从衣服中榨出更多的水，使干燥过程更加节能——这在当今是一件好事！另一个好处是，阻尼滚筒运动所需的机械部件更少，使整个系统更轻、更便宜。正确实施后，由于电机上的峰值负载较低，变速箱和轴承的使用寿命得以延长。此应用程序正在生产中。

计算机运行状况监视器。许多行业使用基于日历的预防性维护计划来更换或检修机械设备。在不能容忍计划外停机时间的应用程序中尤其如此。因此，在许多行业中，剩余使用寿命较长的机器通常会过早地重建，成本高达数百万美元。通过在轴承或其他旋转设备中嵌入加速度计，可以延长使用寿命，而不会有突然故障的风险。加速度计感应轴承或其他旋转设备的振动以确定其状况。

真正。 使用轴承的振动“特征”来确定其状况是一种经过充分验证且行业公认的设备维护方法，但需要宽测量带宽才能获得准确的结果。在ADXL001发布之前，加速度计和相关信号调理设备的成本太高。现在，其宽带宽（22 kHz）和内部信号调理使ADXL001成为低成本轴承维护的理想选择。

自动调平。加速度计测量物体的绝对倾角，例如大型机器或移动房屋。微控制器使用倾斜信息自动调平物体。

真实到幻想（取决于应用程序）。自调平是一项非常苛刻的应用，因为需要绝对的精度。表面微加工加速度计具有令人印象深刻的分辨率，但高精度（优于1°倾斜度）的绝对倾斜测量需要温度稳定性和迟滞性能，而当今的表面微加工加速度计无法达到。在温度范围适中的应用中，像ADXL203这样的高稳定性加速度计可以胜任这项任务。在很宽的温度范围内，也可以处理要求绝对精度在±5°以内的应用。然而，在很宽的温度范围内实现更精确的调平需要外部温度补偿。即使使用外部温度补偿，也很难实现优于±0.5°倾斜度的绝对精度。某些应用程序目前正在生产中。

手机人机界面。加速度计允许微控制器识别用户手势，从而实现对移动设备的单手控制。

真正。手机屏幕占用了大部分可用的控制空间。将加速度计用于用户界面功能允许手机制造商添加“无按钮”功能，例如点击/双击（模拟鼠标单击/双击）、屏幕旋转、倾斜控制滚动和基于方向的铃声控制，仅举几例。此外，手机制造商可以使用加速度计来提高导航功能的准确性和可用性，以及其他新应用。此应用程序目前正在生产中。

汽车报警器。 加速度计感应到汽车是被顶起还是被拖车接走，并触发警报。

真正。最流行的汽车盗窃方法之一是简单地将汽车拖走来偷车。传统的汽车报警器无法防止这种情况。冲击传感器无法测量倾斜度的变化，点火禁用系统无效。本应用利用了ADXL213的高分辨率功能。如果加速度计测量的倾角变化超过每分钟 0.5°，就会发出警报——希望能吓跑潜在的小偷。由于没有人希望汽车警报器因天气变化而响起，因此需要良好的温度稳定性，因此高度稳定的ADXL213是理想的选择。此应用目前在OEM和售后市场的汽车防盗系统中生产。

滑雪固定器。 加速度计测量总冲击能量和特征，以确定绑定是否应释放。

幻想。 机械滑雪板固定器高度发展，但性能有限。测量滑雪者所经历的实际冲击将准确地确定绑带是否应该释放。智能系统可以考虑每个人的能力和生理机能。这是一个实用的加速度计应用，但目前的电池技术使其不切实际。在低温下表现良好的小型轻质电池最终将使这种应用成为可能。

个人导航。在此应用中，位置通过航位推算确定（加速度随时间的双重积分以确定实际位置）。

梦幻之地。 由于测量加速度中累积的小误差，长期积分会导致较大的误差。双重积分加剧了误差（t2).如果没有某种不时重置实际位置的方法，会导致巨大的错误。这类似于通过在运算放大器上放置一个电容来构建积分器。即使加速度计的精度可以比目前可用的精度提高十倍或一百倍，最终仍然会导致巨大的误差。它们只是需要更长的时间才能发生。

当 GPS 信号短暂不可用时，加速度计可以与 GPS 导航系统一起使用。较短的积分周期（一分钟左右）可以提供令人满意的结果，而聪明的算法可以使用替代方法提供良好的准确性。例如，走路时，身体每走一步都会上下移动。加速度计可用于制造非常精确的计步器，可以将步行距离测量到±1%以内。

低音炮伺服控制。安装在低音炮锥体上的加速度计提供位置反馈以伺服输出失真。

真正。目前市场上有几种具有伺服控制的有源低音炮。伺服控制可以大大减少谐波失真和功率压缩。伺服控制还可以以电子方式降低扬声器/外壳系统的Q值，从而可以使用较小的外壳，如Richard A. Greiner和Travis M. Sims，Jr.的扬声器失真减少中所述，JAES Vol. 32，No. 12。ADXL193体积小，重量轻;它的质量加上扬声器锥体的质量，不会显着改变整体声学特性。

神经肌肉刺激器。此应用程序通过在适当的时间刺激肌肉来帮助失去小腿肌肉控制的人走路。

真正。走路时，前脚掌通常在向前移动腿时抬起，然后在向后推腿时降低。加速度计戴在小腿或脚的某个地方，在那里它感测腿的位置。然后通过电子刺激适当的肌肉以根据需要弯曲脚。

这是微机械加速度计如何使产品可行的经典例子。早期型号使用液体倾斜传感器或移动滚珠轴承（充当开关）来确定支腿位置。液体倾斜传感器由于液体晃动而出现问题，因此只能缓慢行走。在山上行走时，滚珠轴承开关很容易混淆。加速度计测量腿后和腿向前之间的差异，因此山坡不会欺骗系统，并且不存在液体晃动问题。加速度计的低功耗使系统能够使用小型锂电池工作，使整体封装不显眼。此应用程序正在生产中。

汽车噪音消除。加速度计感应乘客舱内的低频振动;降噪系统使用立体声系统中的扬声器将其归零。

梦幻之地。虽然加速度计可以毫不费力地拾取乘客舱内的振动，但降噪是高度依赖于相位的。虽然我们可以在一个位置（例如驾驶员头部周围）消除噪音，但在其他位置可能会增加噪音。

结论

由于其高灵敏度、小尺寸、低成本、坚固的封装以及测量静态和动态加速度力的能力，表面微加工加速度计使许多新的应用成为可能。其中许多没有被预料到，因为它们不被认为是经典的加速度计应用。设计师的想象力现在似乎是潜在应用范围的限制因素，但有时设计师会变得过于富有想象力！虽然性能改进继续支持更多应用程序，但明智的做法是尽量远离违反物理定律的“解决方案”。

审核编辑：郭婷