單軸加速度傳感器檢測傾斜角時
，檢測軸垂直於重力平麵還是平行於重力平麵?

 

單(dan)軸(zhou)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)在(zai)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)應(ying)用(yong)
，比(bi)如(ru)簡(jian)單(dan)的(de)有(you)限(xian)角(jiao)度(du)傾(qing)斜(xie)角(jiao)檢(jian)測(ce)。以(yi)檢(jian)測(ce)汽(qi)車(che)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)來(lai)舉(ju)例(li)，為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)汽(qi)車(che)側(ce)滑(hua)和(he)翻(fan)車(che)，一(yi)般(ban)汽(qi)車(che)會(hui)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)檢(jian)測(ce)汽(qi)車(che)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)。此(ci)時(shi)檢(jian)測(ce)軸(zhou)應(ying)該(gai)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)。因(yin)為(wei)檢(jian)測(ce)軸(zhou)與(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)垂(chui)直(zhi)時(shi)，加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)對(dui)於(yu)小(xiao)角(jiao)度(du)變(bian)化(hua)的(de)敏(min)感(gan)度(du)比(bi)較(jiao)高(gao)，而(er)汽(qi)車(che)傾(qing)斜(xie)的(de)角(jiao)度(du)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)太(tai)大(da)。下(xia)麵(mian)我(wo)們(men)對(dui)比(bi)這(zhe)兩(liang)種(zhong)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)的(de)區(qu)別(bie)。

 

如下圖，坡度角θ。下圖左邊
，檢測軸X軸垂直於重力平麵（坡度為0時）
，此時加速度傳感器的輸出Ax=sin(θ)*1g。下圖右邊
，檢測軸Z軸平行於重力平麵（坡度為0時）

，此時加速度傳感器的輸出Az=cos(θ)*1g。

 

圖1：X軸和Z軸加速度傳感器安裝示意圖

 

我wo們men把ba這zhe兩liang種zhong方fang式shi集ji中zhong到dao一yi個ge圖tu。來lai對dui比bi兩liang種zhong方fang式shi下xia
，加jia速su度du傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu變bian化hua。下xia圖tu中zhong，紅hong色se線xian段duan的de長chang度du，對dui應ying檢jian測ce軸zhou垂chui直zhi於yu重zhong力li平ping麵mian時shi，加jia速su度du傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu。綠lv色se線xian段duan的de長chang度du
，對dui應ying檢jian測ce軸zhou平ping行xing於yu重zhong力li平ping麵mian時shi，加jia速su度du傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu。

 

圖2：重力加速度在檢測軸上的分量

 

可以看出，當θ從0°到30°變(bian)化(hua)時(shi)，紅(hong)色(se)線(xian)段(duan)變(bian)化(hua)明(ming)顯(xian)，而(er)綠(lv)色(se)線(xian)段(duan)則(ze)變(bian)化(hua)不(bu)明(ming)顯(xian)。可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)在(zai)傾(qing)斜(xie)角(jiao)小(xiao)角(jiao)度(du)變(bian)化(hua)時(shi)，檢(jian)測(ce)軸(zhou)垂(chui)直(zhi)於(yu)重(zhong)力(li)平(ping)麵(mian)的(de)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)，得(de)到(dao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)更(geng)高(gao)。現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)，道(dao)路(lu)上(shang)的(de)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)斜(xie)坡(po)坡(po)度(du)不(bu)會(hui)超(chao)過(guo)30°。因yin此ci在zai檢jian測ce汽qi車che傾qing斜xie角jiao的de方fang案an中zhong，如ru果guo使shi用yong單dan軸zhou加jia速su度du傳chuan感gan器qi，設she置zhi檢jian測ce軸zhou方fang向xiang垂chui直zhi於yu重zhong力li平ping麵mian方fang向xiang比bi較jiao合he適shi。當dang然ran
，如ru果guo傾qing斜xie角jiao度du在zai60°到90°範圍內

，由於加速度傳感器與傾斜角度成sin（θ）函數的關係，加速度傳感器對角度變化的敏感度降低。

 

如何根據應用要求，來計算單軸加速度傳感器最小靈敏度?

 

假設實際應用要求傾斜角檢測範圍在-63°到+63°之間
，並且檢測結果可以精確到1°。首先
，引入增量靈敏度慨念

，增量靈敏等於每個傾斜角步進對應的輸出增量
，單位以mg顯示。S[g] = 1g*(sin(θ+P)-sin(θ))，（θ為當前角度，P為步長），增量靈敏度反應了輸出變化大小。設傾斜角度θ為X, 對應的增量靈敏度S[g]為Y作圖，我們得到:

 

圖3：步進為1°時，增量靈敏度曲線

 

為了滿足應用在整個傾斜角檢測範圍內分辨率的要求，可以利用上圖的曲線來確定係統的最小靈敏度。假設應用要求最小分辨率為1°
，傾斜角檢測範圍在-63°到+63°之間。根據上圖, 增量靈敏度在傾斜角0°到90°變化時, 逐漸變小
，當到達63°時，靈敏度降至4.074mg/1°。

 

對於數字輸出加速度傳感器，靈敏度一般使用LSB/g來表示。LSB為最低有效位，g為重力加速度。每個LSB要區分4.074mg輸出, 那麼對應靈敏度最少是246LSB/g (1g/4.074mg)。在選擇加速度傳感器時，應保證加速度傳感器的靈敏度大於計算所得的最小靈敏度。

 

來源：得捷電子DigiKey