全新3轴加速度传感器了解一下?

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可穿戴设备当中传感器至关重要,其中的能够完成位置及姿势的识别。本文通过对三轴传感器工作原理的解析,帮助读者更好的理解的应用。

一、工作原理

加速度传感器自然是对自身器件的加速度进行检测。其自身的物理实现方式咱们就不去展开了,可以想象芯片内部有一个真空区域,感应器件即处于该区域,其通过惯性力作用引起电压变化,并通过内部的ADC给出量化数值。

对于三轴加速度传感器,其能检测X、Y、Z的加速度数据,如下图:

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在静止的状态下,传感器一定会在一个方向重力的作用,因此有一个轴的数据是1g(即9.8米/秒的二次)。在实际的应用中,我们并不使用跟9.8相关的计算方法,而是以1g作为标准加速度单位,或者使用1/1000g,即mg。既然是ADC转换,那么肯定会有量程和精度的概念。在量程方面,Lis3dh支持(+-)2g/4g/8g/16g四种。一般作为计步应用来说,2g是足够的,除去重力加速度1g,还能检测出1g的加速度。至于精度,那就跟其使用的寄存器位数有关了。Lis3dh使用高低两个8位(共16位)寄存器来存取一个轴的当前读数。由于有正反两个方向的加速度,所以16位数是有符号整型,实际数值是15位。以(+-)2g量程来算,精度为2g/2^15= 2000mg/32768 =0.061mg。

当以上图所示的静止状态,z轴正方向会检测出1g,X、Y轴为0.如果调转位置(如手机屏幕翻转),那总会有一个轴会检测出1g,其他轴为0,在实际的测值中,可能并不是0,而是有细微数值。

在运动过程中,x,y,z轴都会发生变化。计步运动也有其固有的数值规律,因为迈步过程也有抬脚和放脚的规律过程,如下图。“脚蹬离地是一步的开始,此时由于地面的反作用力,垂直方向加速度开始增大,当脚达到最高位置时,垂直方向加速度达到最大;然后脚向下运动,垂直加速度开始减小,直到脚着地,垂直加速度减到最小值。接着下一步迈步。前向加速度由脚与地面的摩擦力产生,双脚触地时增大,一脚离地时减小。”

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二、加速度传感器应用

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三、加速度传感器的产品介绍

ROHM集团旗下的Kionix, Inc.开发出非常适用于智能手机和可穿戴式设备的计步器功能的3轴加速度传感器“KX126”。

本产品在传感器中内置了步行检测及计步算法,无需再为了计步器功能而单独设计电路,有助于减轻客户的设计负担。另外,利用优化的ROHM独有低功耗算法,新增计步器功能仅需100nA,有助于应用的低功耗化(普通加速度传感器的功耗约为150uA)。不仅如此,采用2x2x0.9mm的小型封装,即使有限的空间也可实现计步器功能。

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近年来,在健身领域,同时搭载检测行走状态的步行检测功能及计算步数的计步功能的更高精度的计步器需求日益高涨。这种高级计步器还有望在看护领域、物流及职场工作效率改善方面大展身手。

此外,此类搭载传感器的应用逐年增加,与此同时,在传感器中直接内置算法等的产品也越来越多。通过将各种功能直接内置于传感器,不仅可提供简单易用的产品,还有助于降低电池耗电量并实现应用的小型化。

在这种背景下,Kionix利用所擅长的MEMS技术,开发出在2x2x0.9mm的小型封装中内置计步器功能的高性能、低功耗3轴加速度传感器,并扩充了产品阵容。

此次新开发的KX126还继承了多年积累的Kionix加速度传感器的优势。

采样率高达25.6kHz:

不仅可进行稳定的运动检测,还支持振动等高频率的加速度变化。

唤醒功能*1) 的阈值改善:

为进一步提高唤醒功能的精度,将加速度输入判定的阈值改善到可从比以往更低的3.9mg开始设置。

丰富的运动检测算法:

内置检测倾斜、自由下落、画面方向变化及单击/双击等的独有算法。

今后,ROHM集团为满足IT设备、工业设备及IoT市场等的需求,将继续扩充高精度小型传感器的产品阵容。

<KX126的主要特点>

   ・内置步行检测及计步功能

   ・2x2x0.9mm小型封装

   ・高达25.6kHz的采样率

   ・唤醒功能: 阈值可从比以往更低的3.9mg开始设置

   ・支持范围±2g、±4g、±8g

   ・接口:最大3.4MHz且符合标准、快速、高速模式的I2C通信,和最大10MHz的SPI通信

   ・搭载2048字节的FIFO/FILO缓冲区: 系统休眠时可记录数秒~数分的运动数据

 
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