XYZ 变得像 ABC 一样简单：三轴加速度计一瞥

我最近收到一个笔记本作为工作礼物。这款笔记本比大多数笔记本都要酷。在外面，它有公司标志，并用皮革（或人造皮革）装订。到目前为止，一切都很好。

当我打开它时，它提供了一个真正的惊喜。没有传统上有规则线条的纸张，也没有任何干净的白色空白纸张盯着我看。相反，它是一张网格方格纸，到处都是小方块。

伽利略，伽利略

收到这本笔记本让我回想起几十年前记录我的高中物理实验（在一个类似但装订不那么精美的笔记本中）。在物理课上，我和我的同学会被要求模仿过去著名的实验。我们被要求重现的一项是意大利博学家伽利略·伽利莱 (Galileo Galilei) (1564–1642) 的斜面实验，涉及陡坡和浅坡（图 1）。他的实验通过证明物体由于地球引力的作用而经历均匀加速，从而帮助取代了亚里士多德的物理学概念。

图 1：伽利略斜面实验的插图，涉及陡坡和浅坡。（来源：贸泽）

我的笔记本上满是测量值，概述了质量（克，g）、倾斜角（θ）、斜率的 sin 值（sinθ）、持续时间（秒，s）。许多物理实验都是这样进行的，包括模仿艾萨克·牛顿 (Isaac Newton, 1642–1727) 的运动定律研究，以及 F（力）= m（质量）* a（加速度）或简单的 F=ma 之类的论证。收集数据后的最终结果通常是将页面左侧制作的表格中的数据组合起来，然后将它们转换为打开页面右侧的各种笛卡尔坐标图和函数。  

绘制 X、Y 和 Z

法国数学家笛卡尔 (René Descartes)（1596-1650 年）的坐标系使三维空间中的点能够由一组由相互正交的轴（称为 x 轴、y 轴和 z 轴）定义的数字坐标唯一地绘制出来。代数现在可以很容易地应用于几何。

自从我发现自己在实验室学习物理基础知识以来的几十年里，电子元件技术取得了长足的进步。如今，三轴加速度计可以轻松地同时计算所有三个轴上的力。三轴加速度计使收集 XYZ 轴信息比学习 ABC 更容易。

三轴加速度计

Kionix 是一家制造三轴加速度计比学习 ABC 更容易的电子制造商。Kionix是 ROHM Semiconductor Group 旗下公司，是硅 (Si) 微机电系统 (MEMS) 加速度计产品的制造商（图 2）。MEMS 加速度计是微机电系统，可测量加速度的静态或动态力。Kionix 制造 MEMS 加速度计，包括各种三轴加速度计。

图 2：Kionix 是 ROHM Semiconductor Group 旗下公司，是高性能硅微加工 MEMS 惯性传感器设计和制造领域的全球领导者。（来源：Kionix）

Kionix 推出了KX003-1077 三轴加速度计（图 3）。KX003-1077 三轴加速度计提供四个扩展的用户可配置 g 范围（±2g、±4g、±8g 和 ±16g）和三种分辨率模式（8 位、12 位和 14 位）。该加速度计在其最低功率设置下消耗 <2µA，并提供 1Hz 至 1600Hz 的采样率。与上一代加速度计相比，它具有更低的噪声性能、出色的抗冲击性、温度稳定性能和更好的计时精度。

图 3：具有数字 I²C 接口和运动检测/唤醒中断的 Kionix KX003-1077 三轴加速度计提供高达 14 位分辨率和用户可选的 g 范围。（来源：贸泽）

Kionix 创造了机械硅结构，这些结构本质上是质量弹簧系统，在施加的加速度方向上移动。电容加速度计感测位于设备旁边的微结构之间的电容变化。如果加速力移动其中一个结构，则电容将发生变化，并且加速度计会将电容转换为电压以进行解释。加速度计进一步利用共模消除来减少过程变化、温度和环境压力引起的误差。

与传感器元件封装在一起的独立专用集成电路 (ASIC) 设备处理 KX003-1077 加速度计的所有信号调节和数字通信。完整的测量链由一个低噪声电容电压放大器组成，它将 MEMS 传感器的差分电容转换为模拟电压，然后通过模数转换器 (ADC) 发送。用户可以通过ASIC提供的I 2 C数字通信访问加速度数据。此外，ASIC 包含允许用户选择数据速率、g 范围、滤波器设置和中断逻辑的所有逻辑。

KX003-1077 加速度计采用 2mm x 2mm x 0.9mm 焊盘栅格阵列 (LGA) 塑料封装，采用 1.7V DC –3.6V DC电源供电。它使用稳压器在输入电源电压范围内保持恒定的内部工作电压。这导致在输入电源电压范围内稳定的工作特性和几乎检测不到的比率误差。

结论

世界是一个充满运动的地方，许多事物都在运动。感知运动就像学习 ABC 一样简单。想一想，您很快就会意识到 Kionix 的三轴加速度计可以像 ABC 一样轻松地感知 XYZ 方向的运动和运动。希望我在物理学中学习的旋转陀螺的经典动力学是直截了当的。

审核编辑 黄昊宇