加速计

加速度传感器概述

加速度传感器测量静态及动态加速力。静力的典型例证是重力牵引，其为作用于物体的稳定力，而动力在加速计因摇晃或旋转等原因发生移动时才产生。

某些加速度传感器通过微小晶体因加速运动时受压而产生电压的原理（压电效应）发挥作用。另一些加速度传感器则利用两个显微结构之间的电容变化发挥作用——如果加速运动导致这些结构的相对位置发生细微变化，那么电容则会相应变化。这一电容的电学变化通过一些增设电路被转换为电压。

还有一些加速度传感器利用压阻技术、光甚至受热气泡发挥作用。

加速计可探测静态加速度变化，例如，当一部智能手机位置改变时，手机屏幕会自动旋转为顶部朝上的方向。事实上，该传感器探测的是装置与地球的夹角变化。

美国国际商用机器公司（International Business Machine，IBM）和苹果公司（Apple）最近使用了加速计的动态加速度探测特征，保护如笔记本电脑等移动电脑免受机械冲击损伤：即在动态模式中，该传感器探测物体运动方式。例如，当一部笔记本电脑突然坠落时，该传感器可探测到一个突发的动态加速度并立即启动开关关闭硬盘驱动器，保护其免受通常因移动顶部受碰撞而冲击驱动盘而导致的冲击损伤。这就类似于车内的加速度传感器，其恰好在碰撞或紧急减速发生的那一刻触发气囊。

 

发展史

加速计在二十一世纪大量投入使用，而加速计的出现却提早了二百五十多年：第一部加速计由牛顿的同事，一位名为乔治•阿特伍德的英国人设计于 1783 年，目的是为了证实牛顿物理学的理论架构。阿特伍德独出心裁的发明几乎一直沉睡着，直至汽车行业的兴起：由于更多的人们开始使用汽车，制造商变得更加专注于安全问题。加速计开始在无数场合被汽车制造商置于受试车辆内部以确定发动机功率的分散。对前端、侧面及后部碰撞动力的兴趣与测量措施共同发展，从而将破坏作用降至最小。现在，人类碰撞假人上装配着多个加速计；当其置于移动车辆中时，研究者可计算出在正常运动/碰撞和打滑等事故状况下人体的受力情况。

 

技术现状

目前使用的大多数加速度感应器都属于“微型机电系统（Micro-electromechanical Systems，MEMS）”，其利用了悬停于悬臂的微质量（被称为激振质量或检测质量）因响应移动而发生的位移。无论何时，当某一外力作用于检测质量时，例如加速时，该检测质量从中间位置移动至作用位置，并由数字读出器或虚拟读出器测量其偏移度。

诸如此类的单个弹簧机构可能不够精确，主要是由于经过一段时间的重复使用，该机构可能发生变形；因此，高规格的微型机电系统使用一系列的弹簧合并压敏电阻，从而精确测量变形程度。

绝大多数微型机电系统都沿单轴测量变形，但也可选择使用在很大程度上更为精确的（费用更高）双轴及三轴来测量加速运动。

 

加速度传感器在制造业的应用领域

在工业环境中，加速计可通过探测轴体转过时的摆动幅度变化，来监控如工业风扇、泵、冷却塔和涡轮机等重型旋转机械的状况。这些加速计通常位于促使旋转或移动的轴承之上。这些振动监测程序具有多重优势；其可警示工作人员即将发生的机器故障，使周围具有潜在危险的移动机械的工作环境安全性大幅提高，最大限度地缩短停工时间并减少成本。它们通过在重大问题变为危急问题之前将其识别出来，如早期轴承磨损、轴柄不正的早期信号、离合器故障以及旋转器失衡：及早矫正这些必然产生的问题相比修复一台完全失效的机器可大幅节减费用。

各种振动监测程序广泛用于制造机动车辆、制造钢铁、制造纸和纸浆，以及生产从食品，到饮料，再到药品等范围巨大的产品。它们还应用于形形色色的工厂，如糖厂和发电厂，并被广泛整合至石油化工及水力发电等行业的机械装置中。

 

加速度传感器应用实例

加速计不仅广泛用于军事装备及航空装备（尤其感应性加速计是导弹和飞机的导航系统不可或缺的组成部分），还常规地用于与军事背景大相径庭的其他领域。数码相机、平板电脑和智能手机都采用了加速度传感器的“自动旋屏”功能，以确保无论设备是横握、竖握或倒握，其显示图像始终顶部朝上。

在医学领域，加速计也已经经过发展，可在心肺复苏术（CPR）中测定胸部按压深度，且一些著名的健康领域制造商已经设计出了装在手表内的传感器，以使运动员在跑步时可监控其速度与完成距离。

 

加速度传感器与其他传感器的区别

同所有传感器一样，加速计运用了物理组件响应外界影响时产生的变化，并将其转换为可读的度量值。但是其与众不同之处在于，它们测得的外界影响是加速度（而非热、光或化学毒性等），并且现在它们因此可广泛应用于现代世界。