提升沉浸式交互体验和行车安全的传感器——加速度传感器

 电子发烧友网报道（文/李诚）加速度传感器是一种测量设备主体加速度的传感器，主要是通过测量传感器内部的惯性力，经计算得出加速度数据的。加速度传感器目前已经在很多领域得到了应用。
 
加速度传感器应用
 
在消费电子领域，元宇宙概念的提出，刺激了VR/VR设备的增长，为增强虚拟与现实的沉浸式体验，传感器是不能少的。VR/VR设备中的加速度传感器，能够精准的监测用户的加速度大小和运动的方向，及时地做出影像调整，能有效降低眩晕感的同时还提高用户的交互体验。加速度传感器在手机、游戏机等终端产品均有使用。
 
在汽车电子领域，加速度传感器的使用在一定程度上保证了行车安全性和稳定性。一般用于汽车的安全气囊、电控悬挂系统中。加速度传感器能够对车辆行驶的状态进行实时监测，当车辆发生碰撞时，加速度传感器会将碰撞强度通过电信号与主控器通信，作出是都启用安全气囊的判定。加速度传感器还能感知行车时的横向加速度变化，ABS系统在接收到电信号后会自动开启，避免驾驶员紧急刹车，造成车辆侧翻，部分车辆还能在检测到车辆行驶偏航后自动调整行车方向。
 
随着用户对产品使用体验需求和购买力度的提升，传感器市场一片繁荣，加速度传感器达发展前景备受芯片厂商的看好，不断有新玩家涌入。目前，NXP、ADI、ST、Murata、National等企业的加速度传感器市场占比，以及应用领域的覆盖均有不错的成绩。
 
NXP双轴加速度传感器
 
NXP的加速度传感器产品实现了X轴、Y轴、Z轴三个方向的全覆盖，可精确检测三维空间中物体运动的方向、轨迹，以及跌落检测、振动检测、碰撞检测等。同时，还实现了汽车电子、消费类电子、医疗等领域的多场景应用。并且，在基于加速度传感器之上，推出了在汽车领域应用的安全气囊系统、电子稳定控制系统、电子泊车制动系统、倾斜角测量解决方案。
 

 
FXLS90 双轴加速传感器内部拓扑 图源：NXP官网

 
NXP的FXLS90系列涵盖了单轴、双轴加速度传感器，可完成两种轴向的加速度检测。此系列传感器主要用于汽车安全气囊系统的解决方案中。FXLS90系列采用的是NXP独有的UMEMS传感技术，对传感器性能有着不小的提升。在芯片集成方面，集成了可编程的DSP和32位的SPI。DSP可配置高达4阶低通滤波器，具有12.5 Hz至1500 Hz的滚降特性，也可选择单级高通滤波器，实现快速启动的限制输出速率。该传感器符合AEC-Q100车规应用标准，耐温范围在－40℃至125℃之间，采用了符合电磁兼容的要求的16 Pin的QFN封装。
 
ADI 三轴加速度传感器
 
ADI的加速度传感器无论是在功率、噪音、工作温度方面都处于领先地位，能够以极低的噪音完成高分辨率的振动检测，产品包括了模拟、数字两种加速度传感器，并且应用领域广泛。
 

 
ADXL317 结构拓扑 图源：ADI官网

 
ADXL317是一款符合AEC-Q100车规标准，可应用于汽车智适应悬架控制系统解决方案的加速度传感器。ADXL317采用的是三轴检测的方式，最高分辨率为±16 g，其中X轴、Y轴的低噪音值为55μg/Hz，Z轴低噪音值为120μg/Hz。这款加速度传感器具有低延迟（4 kHz带宽时为90μs）、响应速度快的特点，通过快速系统响应为带宽噪声抑制留出充足时间。同时，具有I2C通信总线接口和48 kHz I2S/TDM 数字输出，其中，通过I2C接口可以与外部系统进行通信，完成程序的写入。ADXL317的工作范围温度为−40℃至+125℃，采用了LFCSP小型封装。
 
Murata 加速度传感器
 
Murata的低G值加速度传感器在业界内处于领导者的地位，Murata的加速度传感器产品都是基于Murata自己独有的3D MEMS技术之上进行研发的，独具产品特色。
 

 
图源：Murata官网

 
SCL3300是一款基于Murata 3D MEMS技术，测量精度为±3.6g的三轴加速传感器，支持带角度输出和SPI数字接口，SPI数字接口可将传感器传出的电信号灵活地向主控装置完成通信，SCL3300具有零偏稳定性、极低的噪声、良好的抗振动等特性，即使在恶劣的应用场景和振动的状态下，依然能够高性能运转和高精度输出。SCA3300的标准供电电压为3.3V，在标准电压下功耗电流为1mA，工作范围温度为−40℃至 +125℃。
 
在应用方面，SCA3300可改善偏移温度漂移特性，并且受温度范围的影响较小，这款加速度传感器具有较高的可靠性和先进的自我检测功能，通过了AEC-Q100标准认证，可应用于汽车上。同时，还可以应用于对建筑物、桥梁的变形和裂缝进行检测，做到对建筑物状态实时检测。
 
 
总结
 
加速度传感器在消费电子应用中的作用，主要是娱乐性质的，为的是提升用户的交互体验。在汽车领域、工业应用中的作用主要是提升安全性，保证人或物的安全性，避免意外事故的发生。