加速度传感器模块原理图
GY—86很牛X的一个模块
在我们的之前的博文中，我们讲过一模块arduIMU 9DOF的使用，现在稍稍升级下，今天来个10DOF的！！光从包含传感器的种类上看，其实他们的区别不是很大，只是10DOF上包含了9DOF上没有的气压传感器BMP085，只是10DOF模块上不再有MCU了-一纯粹的传感器集模块！下面就开始介绍一、模块简介模块板上集成了四种传感器，分别是加速度传感器ADXL345、磁场强度传感器HMC5883L、三轴陀螺仪ITG3205，气压传感器BMP085，给您带来10维的测量空间，它们彼此串联在一起，这样在工作时能够补偿彼此的缺陷，同时在使用算法滤波时也给您提供了一个清晰的方向。
如果应用在机器人、无人驾驶机、自动汽车、图像稳定系统中它将会是强有力的控制器，这将不仅会大大简化您的设计，而且在控制效果方面也很令人满意！还是先来看看模块长啥样吧模块较小，结构紧凑！二、模块的一些特征1、模块结构紧凑、尺寸小！2、预留了两个安装孔，方便安装3、集成了加速度传感器ADXL3454、集成了磁场强度传感器HMC5883L5、集成了三轴陀螺仪ITG32056、集成了气压传感器BMP0857、3.3V供电8、I2C接口通信三、板载传感器的简单介绍 ^_^ADXL345：是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达± 16g。
数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI(3线或4线)或I2C数字接口访问。
ADXL345非常适合移动设备应用，它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度，其高分辨率(3.9mg/LSB)，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。
HMC5883L：是一款带数字接口的弱磁传感器芯片，主要应用于低成本罗盘和磁场检测领域，包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁转换器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°到2°的12位模数转换器，简易的I2C总线接口。
MEMS加速度传感器
核心部件都包含3 dB耦合器。
微谐振式
谐振式加速度传感器是一种典型的
微机械惯性器件，基本工作原理是 利用振梁的力频特性，通过检测谐 振频率变化量获取输入的加速度。
热对流式
微型热对流加速度计是利用封闭空
气囊内的自由热对流对加速度敏感 性。两个温度传感器对称地在有气 体的腔体两侧，中间有一个热源。
•加速度传感器中的分类
加速度传感器的原理随其应用而不同，有压阻式，电容式，压 电式，谐振式、伺服式等。
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压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。基于世界领先的 MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
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压阻式加速度传感器
工艺流程
（d）在两面涂上光刻胶作为 湿法刻蚀的梁结构 （e）去除光刻胶以后两面重 新被氧化生成SiO2，随后再 EVG-100覆盖 （f）利用剩下的光刻胶进行刻 蚀然后移除光刻胶
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压阻式加速度传感器
工艺流程
（g）等刻蚀完成，对 称梁结构形成
工艺构造
当前大多数的电容式加速度传感器都是由三部分硅晶体圆片构成的，中层是由双 层的SOI硅片制成的活动电容极板。如图一所示， 中间的活动电容极板是由八个 弯曲弹性连接梁所支撑，夹在上下层两块固定的电容极板之间。基本结构选择需 要考虑的条件是：量程、刚性约束条件、弹性约束条件、谐振频率约束。对于梁 的选择一般是选择U形折叠梁，即可保证其一定的刚度又可以节省材料。为实现 过载保护常采用止挡块结构来限制敏感质量块运动的最大位移。常用材料是二氧 化硅
加速度传感器原理、结构、使用说明、校准和参数解释
根据牛顿第二定律F=m*a；惯性力等于质量快质量乘以加速度。 将以上两个公式进行组合可得到Q=d*m*a；其中，d和m在当加速度传 感器的压电陶瓷材料和质量块的质量确定之后就是固定值。
在传感器的可测范围之内，Q和a呈线性关系，可通过电荷Q来表征加 速度值。
质量块
压电 陶瓷
结构与特征
11、耐冲击性 对于物理冲击的界限值。
12、传感器质量 传感器质量最好小于待测物的十分之一。
压电型振动传感器分类
压电型加速度传感器
电荷输出型 电压输出型
通用型 小型 高灵敏度型 高/低温型 防水绝缘型 3轴加速度
电荷输出型部分型号
电压输出型部分型号
三轴加速度传感器部分型号
防水绝缘加速度传感器部分型号
6、接地噪音 如果有两个或两个以上的接地端的时候，那么噪音可能从接地端引入，系统只设一个
接地端或者使用绝缘加速度传感器/绝缘螺栓可消除。 7、热电灵敏度
压电陶瓷和热电传感器用的元件有相同的组成，温度变化会产生电荷，几Hz以下的测 定必须注意。 8、最大使用加速度
压电型加速度传感器的动态范围很宽。最大使用加速度需满足两个条件：1是保证加速 度和输出为线性，2是内藏放大器最大输出电压是否饱和。
与声发射传感器比较 检测低频信号 检测更强的信号 信号具有指向性 非内置放大加速度传感器为电荷输出
压电型加速度传感器原理
压电元件是受到惯性力F后会产生电荷的功能材料，其压电常数的定义如下：
所以，电荷Q=d*F；其中Q为电荷量，d为压电常数，F为受到的力。 压电型加速度传感器的机构如右图所示，压电陶瓷受到的力主要是质
接近螺钉固定的效果 胶带固定：适用于振动频率低振幅小时的一种便利方法 绝缘螺栓固定：绝缘螺栓使加速度传感器和被测物电气
加速度传感器工作原理
加速度传感器工作原理
加速度传感器是一种能够测量物体加速度的装置。
它的工作原理基于牛顿第二定律，即当一个物体受到外力作用时，它会产生加速度。
加速度传感器利用微小的电子元件，例如微机电系统（MEMS）加速度计或压电晶体，来检测物体的加速度。
在MEMS加速度计中，通常采用质量悬挂在弹簧上的结构。
当物体受到加速度时，惯性将使质量相对于弹簧产生位移。
这种位移可以通过装置上的微小电容或电阻来检测。
当物体加速度改变时，质量相对于弹簧的位移也会随之改变，从而导致电容或电阻的变化。
另一种常见的加速度传感器是基于压电效应工作的。
压电传感器由具有压电性质的晶体制成。
当物体受到加速度时，晶体会产生电荷。
这些电荷可以通过电极测量，从而确定加速度的大小和方向。
加速度传感器通常与其他传感器（如陀螺仪）结合使用，以提供更全面的运动测量。
它们广泛应用于许多领域，包括汽车安全系统、移动设备、航空航天等。
电容式加速度传感器资料
电容式加速度传感器电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。
弹性膜片在外力（气压、液压等）作用下发生位移，使电容量发生变化。
这种传感器可以测量气流（或液流）的振动速度（或加速度），还可以进一步测出压力。
传感器是一种应用非常广泛的设备，在各种自动控制过程中，它能迅速客观地反映出实际情况。
电容式传感器有很多，但原理相同。
平行板电容器的电容C 跟介电常数ε成正比跟正对面积成反比根极板间的距离d成反比有：C=εS/4πkd 式中k为静电力常量。
通过改变介质，极板距离，极板正对面积，这三个参数之一使传感器的电容发生变化，再通过电荷放大器，将电容变化或电量变化转换成容易用电路处理电压或电流量。
这就是电容式传感器的特点，通过上面的原理可以做成很多传感器，比如测长度的，测角度，测空气粉尘，空气湿度，还有声音，振动等，精度很高，比如测振动的精度可以达到零点零几个微米。
但是测长度的线性度不好，需要通过电路矫正，还有容易受到电路中的寄生电容的影响，所以电路设计的时候要很注意。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
电容式加速度传感器的数学模型传感器的结构简图电容式加速度传感器的原理结构如图：由图可见，它实际上是变介子电容式位移传感器，配接“m-k —C ”系统构成的。
8 传感器实验-加速度传感器
传感器实验压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。
虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。
与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
加速度传感器知识准备1 以上知识点，可参阅<M M A 7660.P D F >讯方公司 传感器实验通过本实验了解加速度传感器的硬件电路和工作原理1．编写一个读取加速度传感器输出信号的程序2． 将X 、Y 、Z 三个轴的加速度值分别做简单的处理显示1． 硬件部分（1） 采集节点一个（2）J-Link 仿真器一个 （3） 显示终端一台 （4） 加速度传感器一个2． 软件部分Keil μVision4 开发环境，J-Link 驱动程序1． 加速度传感器工作原理电路中用到，加速度传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。
其基本工作原理：经过信号放大电路，加速度传感器电路将感受到X 、Y 、Z 三个轴加速度以数字形式输出至单片机系统, 由状态显示系统进行显示。
加速度传感器工作框图如图5-1：图5-1 电路工作框图2.加速度传感器的硬件电路图电路中，加速度传感器电路如图5-2。
图5-2 加速度传感器原理图3.工作模式:mma7660主要有三种工作模式.(通过设置MODE寄存器)1).Standby(待机)模式此时只有I2C工作,接收主机来的指令. 该模式用来设置寄存器. 也就是说, 要想改变mma7660的任何一个寄存器的值,必须先进入Standby模式. 设置完成后再进入Active或Auto-Sleep模式.2).Active and Auto-Sleep (活动并且Auto-Sleep) 模式mma7660的工作状态分两种, 一种是高频度采样, 一种是低频度采样. 为什么这样分呢, 为了节省功耗,但是在活动时又保持足够的灵敏度. 所以说mma7660的Active模式其实又分两种模式,一种是纯粹的Active模式, 即进了Active模式后一直保持高的采样频率,不变. 还有一种是Active & Auto-Sleep模式, 就是说系统激活后先进入高频率采样,经过一定时间后,如果没检测到有活动,它就进入低频率采样 ,所以就叫做Auto-Sleep, Sleep并不是真的Sleep , 只是说降低采样频率.低频率采样模式又叫Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.3). Auto-Wake (自动唤醒) 模式Auto-Sleep后就进入低频率采样模式,这种模式就叫做Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.讯方公司传感器实验6 实验步骤实验基本步骤如下：1．启动Keil μVision4，新建一个项目工程Bank，添加常用组，并添加相应库函数；2．在user文件中建立main.c,SystemInit.c,PublicFuc.c文件；3．新建一个组sensor，在sensor中编写读取加速度传感器数值变化的代码；4．编译链接工程，并生成hex 文件，所有文件如下图6-1所示：图6-1 文件示意图5．将加速度传感器接到传感器接口1；图 6-2 加速度传感器6．将J-Link仿真器、ZigBee路由器接入传感器采集节点,仿真器USB 接口连入PC 机，插好电源，并打开开发实验箱上的电源开关，如图6-3：图6-3 硬件连接示意图7． 将ZigBee 协调器接入智能网关，插好电源，并打开电源启动智能网关系统，运行传感器实验显示程序；图6-4 传感器实验显示程序电源开关电源传感器接口1传感器接口2传感器接口3J-LINK 接口ZigBee_DEBUG复位 节点按键 拨码开关 ZigBee 按键 红外发射天线指示灯ZigBee 复位讯方公司 传感器实验图6-5 智能网关连接示意图8． 选择【Debug 】->【Start/Stop Debug Session 】,启动J-Link 进行仿真调试； 9． 选择【Debug 】->【run 】或者按快捷键“F5”,运行程序； 10． 验证：移动加速度传感器，观察显示屏上数值的变化；11． 验证完毕后，退出J-Link 仿真界面，关闭Keil μVision4软件；关闭硬件电源，整理桌面； 12． 实验完毕。
传感器技术与应用第9章加速度传感器
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图9-1 应变式加速度传感器结构示意图
9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理
测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物 体以加速度a运动时，质量块就受到一个与加速度方向相反 的惯性力作用，使悬臂梁变形。该变形被粘贴在悬臂梁上的 电阻应变片感受到，并随之产生应变，从而使应变片的阻值 发生变化。这个变化经过全桥差动测量电路转变成电桥不平 衡电压输出。并且这个不平衡电压Uo的大小与被测物体的运 动加速度a成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图9-2 压电式加速度传感器结构示意图
9.2.2压电式加速度传感器的测量原理
测量时，把压电加速度传感器与被测物体刚性连接，当加 速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚 度很大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性 很小。因此，质量块感受与传感器基座相同的振动。这样， 质量块m就有一惯性力F作用到压电元件上。由于压电效应， 便在压电元件上产生电荷q，其电荷量大小为
第9章 加速度传感器及其应用案例
9.1 应变式加速度传感器 9.2 压电式加速度传感器 9.3 电容式加速度传感器 9.4 差动变压器式加速度传感器 9.5 加速度测量显示系统案例
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9.1 应变式加速度传感器
9.1.1 应变式加速度传感器的结构
梳齿式电容加速度传感器的原理和性能分析
梳齿式电容加速度传感器的原理和性能分析微加速度传感器也称微加速度计,是用来测量微加速度的惯性传感器件,是微型惯性组合测量系统的核心器件。
可以应用于倾斜角、惯性力、冲击及振动等惯性参数的测量。
最先得到成功应用微机械电容式加速度传感器是将被测的非电量变化转换为电容量变化的一类传感器,由于它具有灵敏度高、功耗低、温度稳定性好等优点,因此广泛应用在在汽车、消费电子、航空航天、军事、工业、医疗、惯性制导等领域。
1 模型及其工作原理定齿偏置梳齿式电容加速度传感器是微机械电容式加速度传感器的最优结构,如图1 所示,敏感质量元件是一个H 形的双侧梳齿结构,敏感质量的2 n s 对检测动齿和2 n f 对加力动齿与定齿相互交错配置总体形成1 对差动检测电容C s1与C s2和1 对差动加力电容C f1与C f2..依据动力学原理,其经典力学模型可等效为如图2 所示的质量2弹簧2阻尼器力学系统。
微机械电容式加速度传感器的基本原理是基于电容变化的原理,加速度的检测是通过检测电容变化量实现的。
在差动检测电容左右两边定齿S1 、S2 分别施加一对幅值相等相位相差180°的幅值为V dir的高频正弦激励信号u s ,将输入加速度a 引起的敏感质量位移x 变为差动电容的容值发生微弱变化,输出电压u c ,通过检测电路将信号放大并解调得到输出电压。
为了形成静电力负反馈,在加力电容C f1 与C f2的固定极板上施加一对正负极性的偏置电压V ref 和- V ref ,把输出电压取样作为负反馈电压V fb叠加其上,因此施加在差动反馈加力电容上的电压分别为和。
依靠加力齿产生的静电力可平衡由于输入加速度而引起的惯性力,使敏感质量保持在平衡位置附近。
图1 梳齿式加速度传感器结构示意图图2 闭环加速度传感器的模型2 性能分析2. 1 静电力分析设A se 、A fe为检测电极与加力电极的极板等效重叠面积。
该结构受力如图3 所示。
传感器课程设计加速度传感器
一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。
而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。
压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。
二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。
三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：1、方案一压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1图1压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
这些压电材料,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时,电荷的极性也随着改变。
电信号经前置放大器放大,即可由一般测量仪器测试出电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。
方案二电阻应变式加速度传感器应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。
其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即a=F/m。
加速度传感器_G-sensor_重力传感器(accelerometer)原理
加速计——概述
加速计分类
• 摆式 摆式积分加速计 液浮摆式加速计 挠性摆式加速计
• 非摆式 振梁加速计 静电加速计
• MEMS加速计
电容式 压阻式 热电耦式 谐振式 压电式 隧道效应式 光波导式
加速计——原理
MEMS加速度传感器有多种实现方式，但它们的工作原理都是靠MEMS中可移动 部分的惯性。以某种电容式MEMS加速度传感器为例，它的关键部分是一种悬臂构造 的质量很大的中间电容板，当速度变化或者加速度达到足够大时，它所受到的惯性 力超过固定或者支撑它的力，这时候它会移动，它跟上下电容板之间的距离就会变 化，上下电容就会因此变化。电容的变化跟加速度成正比。电容的变化会被转化成 电压信号直接输出或经过数字化处理后输出。根据不同测量范围，中间电容板悬臂 构造的强度或者弹性系数可以设计得不同。
MID中的传感器——MEMS传感器
陀螺仪（Gyroscope） • 测量角速度 • 可用于相机防抖、视频游戏动作感应、汽车电子稳定控制系统（防滑） 加速度传感器（Accelerometer） • 测量线加速度 • 可用于运动检测、振动检测、撞击检测、倾斜和倾角检测 地磁传感器（Geomagnetic sensor） • 测量磁场强度 • 可用于电子罗盘、GPS导航
MID中的传感器——MEMS传感器
集成电路（Integrated Circuit，IC） 把电子元件/电路/电路系统集成到硅片（或其它半导体材料）上。
微机械（Micro-Mechanics） 把机械元件/机械结构集成到硅片（或其它半导体材料）上。
微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS） MEMS = 集成电路 + 微机械