目錄

1、選型要素

1.1、傾斜檢測(cè)

1.2、高溫和動(dòng)態(tài)環(huán)境

1.3、穩(wěn)定

?2、可穿戴設(shè)備MEMS加速度計(jì)應(yīng)用

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加速度計(jì)能夠測(cè)量加速度、傾斜、振動(dòng)或沖擊，因此適用于從可穿戴健身裝置到工業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)上有成百上千的加速度計(jì)器件可供選擇，其成本和性能各不相同。?

本文第一部分討論設(shè)計(jì)人員需要知道的關(guān)鍵參數(shù)和特性，以及它們與傾斜和穩(wěn)定應(yīng)用的關(guān)系，從而幫助設(shè)計(jì)人員選擇最合適的加速度計(jì)。第二部分將重點(diǎn)關(guān)注可穿戴設(shè)備、狀態(tài)監(jiān)控(CBM)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

最新MEMS電容式加速度計(jì)應(yīng)用于傳統(tǒng)上由壓電加速度計(jì)和其他傳感器主導(dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域。新一代MEMS加速度計(jì)可為CBM、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控(SHM)、資產(chǎn)健康監(jiān)控(AHM)、生命體征監(jiān)測(cè)(VSM)和物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用提供解決方案。然而，在有如此多加速度計(jì)和如此多應(yīng)用的情況下，選擇合適的加速度計(jì)并非易事。

尚無(wú)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界定加速度計(jì)屬于何種類(lèi)別，加速度計(jì)的一般分類(lèi)及相應(yīng)的應(yīng)用如表1所示。其中帶寬和g值（重力加速度）范圍是加速度計(jì)用在所列終端應(yīng)用中的典型值。

1、選型要素

1.1、傾斜檢測(cè)

對(duì)MEMS電容式加速度計(jì)而言，精確的傾斜檢測(cè)是一種要求頗高的應(yīng)用，尤其是在有振動(dòng)的情況下。在動(dòng)態(tài)環(huán)境中利用MEMS電容式加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)0.1°的傾斜精度非常困難、小于1°很困難，大于1°較易實(shí)現(xiàn)。

為使加速度計(jì)有效測(cè)量?jī)A斜度，必須對(duì)傳感器性能和終端應(yīng)用環(huán)境有很好的了解。相比于動(dòng)態(tài)環(huán)境，靜態(tài)環(huán)境對(duì)傾斜測(cè)量更加有利，因?yàn)檎駝?dòng)或沖擊可能會(huì)破壞傾斜數(shù)據(jù)，引起嚴(yán)重測(cè)量誤差。

傾斜測(cè)量的最重要特性有：溫度系數(shù)失調(diào)、遲滯、低噪聲、短期/長(zhǎng)期穩(wěn)定性、可重復(fù)性和良好的振動(dòng)校正。

0 g偏置精度、焊接引起的0 g偏置漂移、PCB外殼對(duì)準(zhǔn)引起的0 g偏置漂移、0 g偏置溫度系數(shù)、靈敏準(zhǔn)確度和溫度系數(shù)、非線(xiàn)性度以及跨軸靈敏度等誤差，是可以觀測(cè)到的，并且可以通過(guò)裝配后校準(zhǔn)流程加以降低。

遲滯、使用壽命期間的0 g偏置漂移、使用壽命期間的靈敏度漂移、潮濕引起的0 g漂移，以及溫度隨時(shí)間變化引起的PCB彎曲和扭轉(zhuǎn)等，這些誤差項(xiàng)無(wú)法通過(guò)校準(zhǔn)或其他方法解決，需要通過(guò)一定程度的原位維修才能減少。

1.2、高溫和動(dòng)態(tài)環(huán)境

在適合高溫或惡劣環(huán)境的加速度計(jì)可用之前，一些設(shè)計(jì)人員曾不得不將標(biāo)準(zhǔn)溫度IC用在遠(yuǎn)超出數(shù)據(jù)手冊(cè)限值的情形中。

這意味著最終用戶(hù)須承擔(dān)在高溫下檢驗(yàn)器件質(zhì)量的責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)，成本高昂且頗費(fèi)時(shí)間。密封封裝能夠耐受高溫已是廣為人知的事實(shí)，它通過(guò)一道能抵御濕氣和污染的屏障來(lái)防止腐蝕。

1.3、穩(wěn)定

檢測(cè)并了解運(yùn)動(dòng)可以給許多應(yīng)用帶來(lái)好處，掌控一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，然后利用該信息提高性能（縮短響應(yīng)時(shí)間、提高精度、加快運(yùn)行速度），增強(qiáng)安全性或可靠性（系統(tǒng)在危險(xiǎn)情況下關(guān)機(jī)），或者獲得其他增值特性，是很有益的。

在穩(wěn)定性應(yīng)用中，MEMS傳感器必須精確測(cè)量平臺(tái)方位，特別是在運(yùn)動(dòng)時(shí)。下圖是一個(gè)采用伺服電機(jī)校正角向運(yùn)動(dòng)的典型平臺(tái)穩(wěn)定系統(tǒng)的框圖。反饋/伺服電機(jī)控制器將方向傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為伺服電機(jī)的校正控制信號(hào)。

最終應(yīng)用將決定所需的精度水平，而所選的傳感器質(zhì)量（消費(fèi)級(jí)還是工業(yè)級(jí)）將決定其能否實(shí)現(xiàn)。區(qū)分消費(fèi)級(jí)器件和工業(yè)級(jí)器件很重要，有時(shí)候二者的區(qū)別很微妙，可能需要仔細(xì)考慮。下表顯示了消費(fèi)級(jí)加速度計(jì)和IMU中集成的中檔工業(yè)級(jí)加速度計(jì)的主要區(qū)別。

在某些條件有利且可接受較低精度數(shù)據(jù)的情況下，使用低精度器件便可滿(mǎn)足性能需要。然而，對(duì)能在動(dòng)態(tài)環(huán)境中工作的傳感器需求迅速增長(zhǎng)，較低精度器件由于不能降低實(shí)際測(cè)量中的振動(dòng)效應(yīng)或溫度效應(yīng)而大受影響，很難達(dá)到小于3°至5°的指向精度。多數(shù)低端消費(fèi)級(jí)器件未提供諸如振動(dòng)校正、角度隨機(jī)游走之類(lèi)的參數(shù)規(guī)格，而這些規(guī)格在工業(yè)應(yīng)用中恰恰可能是最大的誤差源。

?2、可穿戴設(shè)備MEMS加速度計(jì)應(yīng)用

用于電池供電型可穿戴應(yīng)用的加速度計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)是超低功耗（通常為μA級(jí)），以確保盡量延長(zhǎng)電池壽命。其他關(guān)鍵指標(biāo)是尺寸和集成的特性，比如備用ADC通道和深度FIFO，其作用是增進(jìn)終端應(yīng)用的電源管理和功能性。

由于這些原因，可穿戴應(yīng)用中通常采用MEMS加速度計(jì)。下表所示為部分生命體征監(jiān)測(cè)(VSM)應(yīng)用及其在具體應(yīng)用中的對(duì)應(yīng)設(shè)置。用于可穿戴應(yīng)用的加速度計(jì)通?？梢詫?duì)：運(yùn)動(dòng)分類(lèi)；檢測(cè)自由落體；測(cè)量運(yùn)動(dòng)是否存在以確定是使系統(tǒng)上電、關(guān)斷還是休眠；輔助實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，供ECG和其他VSM測(cè)量使用。同樣的加速度計(jì)也用在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，因?yàn)樗鼈兙哂谐凸牡奶匦浴?/p>

在為超低功耗應(yīng)用選擇加速度計(jì)時(shí)，必須在數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)稱(chēng)的功耗水平下觀察傳感器的功能。要觀察的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)是帶寬和采樣速率是否會(huì)降至無(wú)法測(cè)量可用加速度數(shù)據(jù)的水平。

有些競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品通過(guò)每秒關(guān)斷并喚醒的方式達(dá)到維持低功耗的目的，但這樣做會(huì)錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵的加速度數(shù)據(jù)，因?yàn)橛行Р蓸铀俾氏陆盗?#xff0c;為了測(cè)量實(shí)時(shí)人體運(yùn)動(dòng)的范圍，需要大幅提高功耗。

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下圖顯示了各種MEMS加速度計(jì)的快照，并依據(jù)特定應(yīng)用的主要性能指標(biāo)和智能/集成水平將各傳感器歸類(lèi)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MEMS加速度计如何选型？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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