加速度傳感器，也稱為加速度計，是一種能夠測量加速度和振動的電子設備。這里的“加速度"指的是物體速度變化的速率，其單位通常是 m/s2 或重力加速度 g（1g ≈ 9.8 m/s2）。

核心原理： 大多數消費電子級別的加速度傳感器都基于微機電系統技術。其內部有一個微小的質量塊（ proof mass ）懸掛在硅晶片上。當傳感器受到加速度時，這個質量塊會受到慣性力的作用而發生位移，系統通過檢測這個位移（通常通過電容變化）來計算出加速度的大小和方向。

主要類型

根據測量原理和敏感軸的數量，加速度傳感器主要分為以下幾種：

1. 壓電式

• 原理： 利用壓電效應，當敏感質量塊受到加速度作用時，會對壓電材料產生壓力，從而產生電荷信號。

• 特點： 動態性能好，適合測量高頻振動，但通常不能測量靜態加速度（如重力）。

2. 電容式

• 原理： 通過檢測由加速度引起的質量塊位移所帶來的電容變化來測量加速度。這是目前智能手機、可穿戴設備中最主流的類型。

• 特點： 功耗低、成本低、體積小，既能測量動態加速度也能測量靜態加速度。

3. 壓阻式

• 原理： 利用加速度導致材料形變，從而使其電阻發生變化的原理。

• 特點： 常用于測量沖擊、碰撞等較大的加速度。

4. 熱對流式

5. BGF-S50-321B TP

   PMS 120 037-001-517-039

   GHM1-R-5-E1

   IG/IG VA G11/4 EW

   M4x0.7-6H ISO  M5 x0.8-6H ISO

   532 15D 890 51 1

   PD 210-4B-MB

   312.924.32

   528.9150034

   9400+3615 red

   RC24 A S 1/1 90B5 A B8

   G7-1A E99-02

   PUMP SET 11 KW

   3009

   RNVS608092 RMI60 1/10 PP/FLM

   306.201.05  306.007.12

   2*0.300mm

   FM54i D40-FAA2E9

   300102

   QNix ® 4500

   FP01/S3/M/32/NC/S/77A24D/30/M22

• 原理： 通過檢測加熱氣體在加速度作用下的流動變化來測量。

• 特點： 沒有機械運動部件，非常抗沖擊和振動，但精度相對較低。

6. MEMS式

• 注意： MEMS 是一種制造技術，而非工作原理。上面提到的電容式、壓電式等都可以用 MEMS 技術制造。我們通常所說的 MEMS 加速度計多指 MEMS 電容式加速度計。

根據軸數分類：

• 單軸： 只能測量一個方向上的加速度。

• 雙軸： 可以測量兩個互相垂直方向上的加速度。

• 三軸： 目前最常見的類型，可以同時測量 X、Y、Z 三個互相垂直方向上的加速度，從而全面反映物體的運動狀態。

關鍵性能參數

在選擇加速度傳感器時，需要關注以下參數：

• 量程： 傳感器能夠測量的最大加速度。例如，±2g, ±4g, ±8g, ±16g。測量手機姿態用 ±2g 足夠，測量汽車碰撞則需要幾百 g 的量程。

• 靈敏度： 輸出信號變化與輸入加速度變化的比值。例如，每 g 對應的電壓輸出或數字計數值。

• 帶寬/頻率響應： 傳感器能夠精確測量的頻率范圍。對于測量振動，需要高帶寬；對于檢測設備姿態，低帶寬即可。

• 分辨率： 傳感器能夠檢測到的最小加速度變化。

• 噪聲密度： 傳感器自身的電噪聲，決定了在靜態或低頻測量時的精度。

• 零點漂移： 在零加速度狀態下，輸出值隨時間或溫度的變化。

主要應用領域

加速度傳感器的應用極其廣泛，幾乎無處不在：

1. 消費電子

• 屏幕旋轉： 檢測手機是橫屏還是豎屏。

• 計步器： 通過分析加速度波形來統計步數。

• 游戲控制： 通過傾斜或晃動手機來控制游戲。

• 防抖： 配合陀螺儀，在拍照和錄像時進行圖像穩定。

• 智能手機：

• 可穿戴設備： 運動手環、智能手表中的活動量和睡眠質量監測。

2. 汽車工業

• 安全系統： 安全氣囊的觸發是加速度傳感器的經典應用，當檢測到劇烈的負加速度（碰撞）時立即點火。

• 車身電子穩定系統： 監測車身的動態，防止側滑和失控。

• 防盜系統： 檢測車輛的異常移動或振動。

3. 工業與物聯網

• 預測性維護： 安裝在機器（如電機、泵、風機）上，通過分析振動信號來預測故障，提前安排維修。

• 結構健康監測： 監測橋梁、大樓、大壩等大型結構的振動和形變。

4. 航空航天

• 飛行器導航： 是慣性導航系統的核心組件之一，用于計算載體的速度和位置（需要與陀螺儀、磁力計等融合）。

加速度傳感器 vs. 陀螺儀 vs. IMU

這三個概念經常一起出現，容易混淆：

• 加速度傳感器： 測量 “線加速度"，即物體移動的快慢變化。它可以間接推算出物體的傾斜角度（通過測量重力加速度的分量），但無法直接測量旋轉。

• 陀螺儀： 測量 “角速度"，即物體繞軸旋轉的快慢。它可以直接測量旋轉運動。

• IMU： 是 “慣性測量單元" 。它通常包含一個三軸加速度傳感器和一個三軸陀螺儀，有些高級的還會包含三軸磁力計。IMU 能同時提供線運動和角運動的數據，通過復雜的傳感器融合算法（如卡爾曼濾波），可以更精確地計算出物體在三維空間中的姿態和運動。

德國進口METOOL 加速器傳感器300102 

德國進口METOOL 加速器傳感器300102 

線加速度，也稱為平移加速度，是指物體在直線運動中，其速度相對于時間的變化率。

簡單來說，它就是描述一個物體在直線上“速度變化有多快"的物理量。

• 當速度增加時，我們具有正加速度（例如：汽車踩油門）。

• 當速度減小時時，我們具有負加速度（或稱減速度，例如：汽車踩剎車）。

• 當速度大小不變時，加速度為零（例如：汽車在高速上巡航）。

核心要點：

• 與“旋轉"無關：線加速度只關心物體整體在空間中的移動快慢變化，而不關心它自身是否在旋轉。一個物體可以一邊做勻速直線運動（線加速度為零），一邊高速旋轉（具有角加速度）。

• 是矢量：線加速度不僅有大小，還有方向。這意味著一個物體即使速度大小不變，只是方向改變（例如勻速圓周運動），它也具有加速度（向心加速度）。

數學定義和公式

在物理學中，加速度（a）被定義為速度（v）對時間（t）的導數，或者說位置（s）對時間的二階導數。

基本公式：
a = Δv / Δt

其中：

• a = 平均線加速度

• Δv = 速度的變化量

• Δt = 發生這個變化所經歷的時間

更精確的（瞬時加速度）用微分表示：
a = dv/dt = d2s/dt2

單位

線加速度的國際單位是 米每二次方秒 （m/s2）。

• 理解這個單位：m/s2 讀作“米每平方秒"，意思是“每秒，速度變化了多少米每秒"。

• 例如，一個物體的加速度是 5 m/s2，意味著它的速度每秒會增加 5 m/s。

另一個常用單位是 重力加速度 （g）。

• 1 g = 9.80665 m/s2 （通常近似為 9.8 m/s2）

• 這個單位在工程和消費電子中非常普遍。例如，一個量程為 ±2g 的加速度傳感器，可以測量從 -19.6 m/s2 到 +19.6 m/s2 的加速度。

線加速度的分解與重力

這是理解加速度傳感器讀數最關鍵也最容易混淆的一點。

一個三軸加速度傳感器實際測量的是 “比力" ，即除了物體運動本身的加速度外，它還無法區分運動加速度和重力加速度。

總測量值 = 運動加速度 + 重力加速度

舉例說明：

1. 靜止在桌面上

• 實際運動加速度： 0 m/s2

• 重力加速度： 1g （垂直向下，約 9.8 m/s2）

• 傳感器Z軸讀數： -1g （假設Z軸向上為正方向，重力方向向下，所以為負值）

• 傳感器X/Y軸讀數： 0g

• 此時，傳感器數據反映的是姿態（傾斜角）。

2. 在光滑桌面上水平加速運動

• 實際運動加速度： 水平方向，假設為 0.5 m/s2

• 重力加速度： 1g （垂直向下）

• 傳感器Z軸讀數： -1g

• 傳感器X軸讀數： ~0.05g （0.5 / 9.8 ≈ 0.05g）

• 此時，傳感器數據同時包含了運動和重力信息。

3. 自由落體（理想情況）

• 實際運動加速度： 向下，1g （9.8 m/s2）

• 重力加速度： 向下，1g （9.8 m/s2）

• 傳感器總讀數： 運動加速度（1g） + 重力加速度（-1g，因為方向向下） = 0g

• 此時，傳感器處于“失重"狀態，讀數為零。

與角加速度的對比

為了更好地理解線加速度，我們將其與角加速度進行對比：

總結

• 線加速度是描述物體移動快慢變化的物理量

• 。

• DA6VP2A5X/350FSM R901224247

  DBEM 20-7X/200XYG24K4M R901353031

  ZDBK 6 VA2-1X/210V R900564558

  Y102

  EK-3-007

  ZBE 03-06

  Kolibri 12.0/75 #30.080.0/75# (Meterware)

  Kolibri 07.5/50 #22.060.5/50# (Meterware)

  DA-H 40 90° Rechtsdrehend

  DA-H 40 90° Linksdrehend

  UM3K-025GM180-71

  STK B1.2Di PK+2xAWG1

  STK B1.4i MK+3xD5IPZ

  1412053

  1656725

  1403492

  1689064

  LF481C 350mm，ID：355530-26

  10.05.03.00034

  ZA9903AB3

  ZA1919DKU

  ALMEMO 2890-9

  LT01907

  ZA9020FS

  ZK9029FB

  162801-005 AUN1/510ca-1.60-24VAC

  ZR 332-11Y

  BNS 260-11Z-ST-R Nr.101184363

  Artikel：22528

  TZFWS24VDC 101022605

  8410902.95

  8421000.9501.02400

  573/27E

  FMD 25 TB

  AZ/AZM 415-B4PS 101142540

  SRB504ST 101190714

  hma2 100l2-4

  AZM 415-02/02ZPKFE 24V AC/DC

  BNS 16-12zd-st1

  R911295326 HMS01.1N-W0070-A-07-NNNN

  FWA-INDRV*-MPB-04VRS-D5-1-NNNN-NN R911312231

  R911305275 CSB01.1N-PB-ENS-NNN-NN-S-NN-FW

  UF3-24VDCN

  UF3-24VDC1

• 它是矢量，有大小和方向。

• 加速度傳感器測量的是 “總視在加速度" ，它等于 運動加速度 和 重力加速度 的矢量和。

• 這個特性使得加速度傳感器既可以用于測量振動、沖擊（動態加速度），也可以用于檢測設備的姿態、傾斜角（通過測量靜態的重力場）。

一、消費電子領域（最貼近我們生活的應用）

這是加速度傳感器應產量最大的領域。

1. 智能手機與平板電腦

• 屏幕自動旋轉：。通過感知設備的朝向，自動在橫屏和豎屏之間切換。

• 計步與活動追蹤： 通過分析人體運動時產生的周期性加速度波形來統計步數。

• 游戲控制： 通過傾斜、晃動設備來控制游戲（如賽車游戲的方向控制）。

• 防抖功能： 在拍照和錄像時，與陀螺儀協同工作，補償手部的微小抖動，獲得更穩定的畫面。

• 敲擊截屏/喚醒： 通過識別特定的敲擊手勢來觸發相應功能。

• 跌落保護： 檢測到設備處于自由落體狀態時，會緊急收回硬盤磁頭（主要在舊款筆記本電腦中）或記錄錯誤日志以備分析。

2. 可穿戴設備

• 智能手表/手環： 核心功能就是計步、計算卡路里消耗、識別運動模式（跑步、游泳、騎行）以及監測睡眠質量（通過分析夜間身體的微動）。

二、汽車工業領域

在這個領域，加速度傳感器直接關系到安全與性能。

1. 被動安全系統

• 安全氣囊： 這是最關鍵的安全應用。 當碰撞發生時，加速度傳感器在幾毫秒內檢測到劇烈的負加速度（減速），立即觸發安全氣囊點火裝置。

• 電子穩定性控制系統： 監測車身的橫向和縱向加速度，在車輛失控（如側滑）時，通過干預剎車和發動機動力來穩定車身。

2. 主動安全與舒適系統

• 防抱死剎車系統： 與輪速傳感器配合，優化剎車效率。

• 發動機防盜系統： 檢測車輛的異常振動或移動，觸發警報。

• 導航系統： 在隧道或GPS信號丟失時，與陀螺儀一起提供短時的慣性導航。

• 自適應懸架： 根據路面顛簸情況（通過車身加速度判斷），實時調整懸架的軟硬程度。

三、工業與物聯網領域

這是加速度傳感器走向“智能化"和“專業化"的重要領域。

1. 預測性維護

• 應用： 在工廠的電機、風機、水泵、齒輪箱等旋轉設備上安裝加速度傳感器，持續監測其振動數據。

• 作用： 通過分析振動頻率和幅值的變化，可以提前判斷出設備的不平衡、不對中、軸承損壞等故障，從而在發生嚴重停機前安排維修，節約大量成本。

2. 結構健康監測

• 應用： 安裝在橋梁、大樓、大壩、風力發電機塔筒等大型結構上。

• 作用： 長期監測結構在風載、地震、日常使用下的振動和形變，評估其安全狀態和壽命，為維護提供數據支持。

四、航空航天與國防領域

在此領域，加速度傳感器是導航和控制系統的“心臟"。

• 慣性導航系統：

五、其他專業領域

1. 醫療健康

• 起搏器與除顫器： 通過加速度傳感器感知患者的身體活動水平，自動調整起搏器的工作頻率。

• 假肢與康復機器人： 感知使用者的運動意圖，實現更自然的控制。

• 活動能力監測： 用于監測老年人或病人的跌倒，并自動報警。

2. 物流運輸

• 貴重物品運輸： 在運輸高價值設備（如服務器、醫療器械）的包裝中放置帶加速度傳感器的記錄儀。如果運輸途中遭遇超過閾值的沖擊或跌落，記錄儀會記下數據，用于定責和改善包裝。

3. 體育運動與生物力學

4. Typ D 1600 ，Art.-Nr. 020 015 0018

   11460-305

   2981363

   1601193

   1683510

   1593021

   2944902

   2963763

   GF-M6

   RF- M6

   GF -P12

   BF-P12

   RF-P12

   BF -M6

   RF- P8

   9029684 1332B

   CU-250-A25-N

   CU-200-A25-N

   CSV 3 C-315

   34060005

   320x230x110 A80 JV6505 63m/s, 259831.00

   A816250

   AR.9672.9000 SAFE-Z 0.5S 24VDC

   ZS1022-0010

   IL2301-B110

   IE1011

   EL6731

   IE2001

   0660 D 005 BN4HC

   ELT-3-4-S

   R110000041ST

   GS65-B

   CLK 3-11-100

• 分析運動員動作： 將傳感器固定在運動員身體或器材（如高爾夫球桿、網球拍）上，分析其動作的規范性、發力效率和受傷風險。

• 
  

總結

為了方便您記憶，我們可以將加速度傳感器的應用歸納為以下幾個核心功能，并對應到上述場景：