加速度计传感器：工作原理与应用领域
现代设备依赖传感器监测和控制物理量。其中，加速度计测量物体加速度和速度，赋能从智能手机姿态到飞机导航的功能。
什么是加速度计？
加速度是速度对时间的变化率。实践中有两个概念：固有加速度，物体相对于惯性空间感受到的物理加速度；坐标加速度，取决于观察者参考系。加速度计是直接测量固有加速度的机电仪器。
工作原理
核心原理类比弹簧上的质量块。设备加速时，质量块偏转直到弹簧恢复力平衡惯性力。位移与感测加速度成正比，机械运动转化为电信号。
加速度计有模拟和数字两种格式。采用压电、压阻、电容换能制造。每种方法将机械运动转化为可测电学量：
- 压电加速度计使用单晶压电材料，应力下产生电压，适合高频高温应用。
- 电容式加速度计采用硅微加工结构，加速度改变电容，再转电压。
- MEMS加速度计含微悬臂梁和惯性质量块，提供二维或三维配置用于姿态和速度感测。
应用
加速度计支撑跨行业众多技术：
- 飞机、舰船、自动驾驶车辆的惯性导航系统。
- 旋转机械振动监测防故障。
- 智能手机和数码相机的屏幕旋转和图像稳定。
- 无人机飞行稳定和电机控制。
- 笔记本和手机的设备姿态、冲击检测、运动追踪。
- 生物研究中动物高频运动分析。
- 工业设备健康监测和转子故障检测。
- 建筑桥梁动态载荷下的结构健康监测。
- 医疗设备CPR胸外按压深度测量。
- GPS增强系统的导航和方向感测。
- 火山监测网络的地震活动遥感。
真实世界案例
加速度计集成于飞机、导弹、地震监测系统、泵、风机、压缩机、医疗AED、足部计步器、智能碾压机、汽车安全气囊、电子稳定控制、倾斜列车、重力仪、摄像机、G-logger设备、手机等。
每部智能手机含加速度计，配合陀螺仪决定屏幕方向、支持体感应用。回想上次手机自动旋屏——那是加速度计在工作。
传感器