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MEMS加速度計(jì)的原理及應(yīng)用

1、什么是MEMS加速度計(jì)？

加速度計(jì)是一種慣性傳感器，能夠測(cè)量物體的加速力。加速力就是當(dāng)物體在加速過(guò)程中作用在物體上的力，就比如地球引力，也就是重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度計(jì)就是使用MEMS技術(shù)制造的加速度計(jì)。由于采用了微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，使得其尺寸大大縮小，一個(gè)MEMS加速度計(jì)只有指甲蓋的幾分之一大小。MEMS加速度計(jì)具有體積小、重量輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

2、MEMS加速度計(jì)一般用在哪里？

通過(guò)測(cè)量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對(duì)于水平面的傾斜角度。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。現(xiàn)在工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。

MEMS加速度計(jì)可以幫助你的機(jī)器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。是在爬山？還是在走下坡，摔倒了沒(méi)有？或者對(duì)于飛行類(lèi)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，對(duì)于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。更要確保的是，你的機(jī)器人沒(méi)有帶著炸彈自己前往人群密集處。一個(gè)好的工程師能夠使用MEMS加速度計(jì)來(lái)回答所有上述問(wèn)題。

目前最新IBM Thinkpad手提電腦里就內(nèi)置了MEMS加速度計(jì)，能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)出筆記本在使用中的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能的選擇關(guān)閉硬盤(pán)還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度的保護(hù)由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦所造成的硬盤(pán)損害，最大程度地保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。目前在一些先進(jìn)的移動(dòng)硬盤(pán)上也使用了這項(xiàng)技術(shù)。

另外一個(gè)用處就是在目前的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，用MEMS加速度計(jì)來(lái)檢測(cè)拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。

MEMS加速度計(jì)還可以用來(lái)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。汽車(chē)防撞氣囊的啟動(dòng)也可以由MEMS加速度計(jì)控制。

由此可見(jiàn)MEMS加速度計(jì)可以在我們的生活中發(fā)揮重要作用。歸納其應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：振動(dòng)檢測(cè)、姿態(tài)控制、安防報(bào)警、消費(fèi)應(yīng)用、動(dòng)作識(shí)別、狀態(tài)記錄等。

3、MEMS加速度計(jì)是如何工作的？

技術(shù)成熟的MEMS加速度計(jì)分為三種：壓電式、容感式、熱感式。壓電式MEMS加速度計(jì)運(yùn)用的是壓電效應(yīng)，在其內(nèi)部有一個(gè)剛體支撐的質(zhì)量塊，有運(yùn)動(dòng)的情況下質(zhì)量塊會(huì)產(chǎn)生壓力，剛體產(chǎn)生應(yīng)變，把加速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。

容感式MEMS加速度計(jì)內(nèi)部也存在一個(gè)質(zhì)量塊，從單個(gè)單元來(lái)看，它是標(biāo)準(zhǔn)的平板電容器。加速度的變化帶動(dòng)活動(dòng)質(zhì)量塊的移動(dòng)從而改變平板電容兩極的間距和正對(duì)面積，通過(guò)測(cè)量電容變化量來(lái)計(jì)算加速度。

熱感式MEMS加速度計(jì)內(nèi)部沒(méi)有任何質(zhì)量塊，它的中央有一個(gè)加熱體，周邊是溫度傳感器，里面是密閉的氣腔，工作時(shí)在加熱體的作用下，氣體在內(nèi)部形成一個(gè)熱氣團(tuán)，熱氣團(tuán)的比重和周?chē)睦錃馐怯胁町惖模ㄟ^(guò)慣性熱氣團(tuán)的移動(dòng)形成的熱場(chǎng)變化讓感應(yīng)器感應(yīng)到加速度值。

由于壓電式MEMS加速度計(jì)內(nèi)部有剛體支撐的存在，通常情況下，壓電式MEMS加速度計(jì)只能感應(yīng)到“動(dòng)態(tài)”加速度，而不能感應(yīng)到“靜態(tài)”加速度，也就是我們所說(shuō)的重力加速度。而容感式和熱感式既能感應(yīng)“動(dòng)態(tài)”加速度，又能感應(yīng)“靜態(tài)”加速度。