加速度计原理(ppt)
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MEMS加速度计(accelerometer)与陀螺仪的(gyroscope)原理介绍
基本應用原理
• F：物體所受合外力 • m：物體質量 • a：物體的加速度
• k：物質的彈性係數 • x：位移量
• C：電容量 • ε：介電常數 • A：極板截面積 • d：板間距離
MEMS加速度計原理
物體的加速度=物質的彈性係數X位移量/物體質量
A A點移動到B點
距離＝1/2加速度 ×時間平方
• 陀螺儀又名角速度計，利用內部振動機械結構感測物體轉動所產生角速度， 進而計算出物體移動的角度。
• 兩者看起來很接近，不過加速度計只能偵測物體的移動行為，並不具備精確 偵測物體角度改變的能力，陀螺儀可以偵測物體水平改變的狀態，但無法計 算物體移動的激烈程度。
• 用簡單的例子就是Eee Stick 體感遙控器,這是一個類似 Wii 遊戲的遙控捍 ， 例如玩平衡木遊戲，當搖桿向前傾斜時，陀螺儀用來計算搖桿傾斜的角度， 三軸加速度計可以偵測搖桿晃動的劇烈程度以及搖桿是否持續朝斜下方。
MEMS陀螺儀工作原理
• MEMS陀螺儀依賴於由相互正交的振動和轉動引起的交變 科氏力。振動物體被柔軟的彈性結構懸掛在基底之上。整 體動力學系統是二維彈性阻尼系統，在這個系統中振動和 轉動誘導的科氏力把正比於角速度的能量轉移到傳感模式。
Hale Waihona Puke 影響MEMS信號輸出因素• 透過改進設計和靜電調試使得驅動和傳感的共振頻率一致，以實現最大可能 的能量轉移，從而獲得最大靈敏度。大多數MEMS陀螺儀驅動和傳感模式完 全匹配或接近匹配，它對系統的振動參數變化極其敏感，而這些系統參數會 改變振動的固有頻率，因此需要一個好的控制架構來做修正。如果需要高的 品質因子（Q），驅動和感應的頻寬必須很窄。增加1%的頻寬可能降低20%的 信號輸出。(圖 a） 還有阻尼大小也會影響信號輸出。（圖 b）
四种微加速度计传感器异同ppt文档
力的作用下，位置将发生偏移，这个偏移量直接影响到隧 道电流的变化，通过检测隧道电流变化量来间接检测加速 度值。
3.基本工作原理及工作特点
5、隧道效应型微加速度计
➢优 点 ： ✓极 高 的 灵 敏 度 ✓易 检 测 ✓线 性 度 好 ✓温 漂 小 ✓抗 干 扰 能 力 强 ✓可 靠 性 高
➢缺 点 ： ✓隧 道 针 尖 制 作 比 较 复 杂 ✓工 艺 比 较 困 难 ， 成 品 率 低
3.基本工作原理及工作特点
2、电容式微加速度计
➢基 本 原 理 位移变化→电容变化
➢工 作 原 理 质量块由弹性微梁支撑连接在基体上, 检测电
容的一个极板一般配置在运动的质量块上, 一个 极板配置在固定的基体上。当有加速度作用时， 质量块发生位移，上下电容发生变化，可以得到 电容变化差值，进而得到加速度。
基本工作原理及工作特点
4、压电式微加速度计
➢压 电 效 应 ： 电介质在沿一定方向上受到外力而
变形时，其内部会产生极化现象，同 时在它的两个相对表面上出现正负相 反的电荷。
➢工 作 原 理 在弹性梁上覆盖一层压电材料膜，上电极和下电极分别分布在压
电材料膜的上表面和下表面上，当有外界加速度口作用于敏感质量 块时，弹性梁上会产生应力大小变化，由于压电效应作用，器件结 构的上电极和下电极间会产生电压，由此可通过测量电压（信号处 理电路）的变化来得知外界加速度的变化。
3.基本工作原理及工作特点
2、电容式微加速度计
➢优 点 ： ✓灵 敏 度 和 测 量 精 度 高 ✓稳 定 性 好 ✓温 度 漂 移 小 ✓功 耗 极 低 ✓过 载 保 护 能 力 较 强
➢缺 点 ： ✓读 出 电 路 复 杂 ✓易 受 寄 生 电 容 影 响 和 电 磁 干 扰
3.基本工作原理及工作特点
5、隧道效应型微加速度计
➢优 点 ： ✓极 高 的 灵 敏 度 ✓易 检 测 ✓线 性 度 好 ✓温 漂 小 ✓抗 干 扰 能 力 强 ✓可 靠 性 高
➢缺 点 ： ✓隧 道 针 尖 制 作 比 较 复 杂 ✓工 艺 比 较 困 难 ， 成 品 率 低
3.基本工作原理及工作特点
2、电容式微加速度计
➢基 本 原 理 位移变化→电容变化
➢工 作 原 理 质量块由弹性微梁支撑连接在基体上, 检测电
容的一个极板一般配置在运动的质量块上, 一个 极板配置在固定的基体上。当有加速度作用时， 质量块发生位移，上下电容发生变化，可以得到 电容变化差值，进而得到加速度。
基本工作原理及工作特点
4、压电式微加速度计
➢压 电 效 应 ： 电介质在沿一定方向上受到外力而
变形时，其内部会产生极化现象，同 时在它的两个相对表面上出现正负相 反的电荷。
➢工 作 原 理 在弹性梁上覆盖一层压电材料膜，上电极和下电极分别分布在压
电材料膜的上表面和下表面上，当有外界加速度口作用于敏感质量 块时，弹性梁上会产生应力大小变化，由于压电效应作用，器件结 构的上电极和下电极间会产生电压，由此可通过测量电压（信号处 理电路）的变化来得知外界加速度的变化。
3.基本工作原理及工作特点
2、电容式微加速度计
➢优 点 ： ✓灵 敏 度 和 测 量 精 度 高 ✓稳 定 性 好 ✓温 度 漂 移 小 ✓功 耗 极 低 ✓过 载 保 护 能 力 较 强
➢缺 点 ： ✓读 出 电 路 复 杂 ✓易 受 寄 生 电 容 影 响 和 电 磁 干 扰
加速度教学课件
人教版必修一•新课标•物理
人教版必修一•新课标•物理
(对应学生用书P15) 1．知道加速度的比值定义法，理解加速度的物理意义． 2．了解加速度的矢量性，知道其方向与速度变化方向一致． 3．了解v－t图象中斜率的含义，会用v－t图象求加速度． 4．知道速度、加速度、速度变化量的关系．
人教版必修一•新课标•物理
图线a表示物体做加速运动，b表示物体做减速运动，c表示物 体先做减速运动，后做加速运动．
人教版必修一•新课标•物理
2．根据加速度方向和速度方向间的关系．只要加速度方向和 速度方向相同，就是加速；加速度方向和速度方向相反，就是减 速．这与加速度的变化和加速度的正、负无关．
可总结如下：
a和v0同向→加速运动→aa增 减大 小， ，vv增 增加 加得 得快 慢 a和v0反向→减速运动→aa增 减大 小， ，vv减 减小 小得 得快 慢
人教版必修一•新课标•物理
例3 (2011·山东潍坊高一考试)一物体以5 m/s的速度垂直于 墙壁，碰撞后，又以5 m/s的速度反弹回来．若物体与墙壁作用时间 为0.2 s，取碰撞前初速度的方向为正方向，那么物体与墙壁碰撞的 过程中，物体的加速度为( )
A．10 m/s2
B．－10 m/s2
C．50 m/s2
1．定义：速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值叫做加 速度．
2．定义式：a＝ΔΔvt 式中：Δv表示速度的变化量，如果用v表示末速度，用v0表示 初速度，则Δv＝v－v0，故也可写成a＝v－t v0.
人教版必修一•新课标•物理
3．对Δv的理解 (1)速度变化量Δv：等于变化后的末速度v减去变化前的初速度 v0，即Δv＝v－v0. (2)同一直线上的速度运算要先选定正方向，然后把矢量运算转 变成代数运算． (3)速度的变化量也是矢量．Δv为正值，表示速度增大；Δv为 负值，表示速度减小或反向． (4)直线运动的速度、速度变化量的矢量图(如图)：
人教版必修一•新课标•物理
(对应学生用书P15) 1．知道加速度的比值定义法，理解加速度的物理意义． 2．了解加速度的矢量性，知道其方向与速度变化方向一致． 3．了解v－t图象中斜率的含义，会用v－t图象求加速度． 4．知道速度、加速度、速度变化量的关系．
人教版必修一•新课标•物理
图线a表示物体做加速运动，b表示物体做减速运动，c表示物 体先做减速运动，后做加速运动．
人教版必修一•新课标•物理
2．根据加速度方向和速度方向间的关系．只要加速度方向和 速度方向相同，就是加速；加速度方向和速度方向相反，就是减 速．这与加速度的变化和加速度的正、负无关．
可总结如下：
a和v0同向→加速运动→aa增 减大 小， ，vv增 增加 加得 得快 慢 a和v0反向→减速运动→aa增 减大 小， ，vv减 减小 小得 得快 慢
人教版必修一•新课标•物理
例3 (2011·山东潍坊高一考试)一物体以5 m/s的速度垂直于 墙壁，碰撞后，又以5 m/s的速度反弹回来．若物体与墙壁作用时间 为0.2 s，取碰撞前初速度的方向为正方向，那么物体与墙壁碰撞的 过程中，物体的加速度为( )
A．10 m/s2
B．－10 m/s2
C．50 m/s2
1．定义：速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值叫做加 速度．
2．定义式：a＝ΔΔvt 式中：Δv表示速度的变化量，如果用v表示末速度，用v0表示 初速度，则Δv＝v－v0，故也可写成a＝v－t v0.
人教版必修一•新课标•物理
3．对Δv的理解 (1)速度变化量Δv：等于变化后的末速度v减去变化前的初速度 v0，即Δv＝v－v0. (2)同一直线上的速度运算要先选定正方向，然后把矢量运算转 变成代数运算． (3)速度的变化量也是矢量．Δv为正值，表示速度增大；Δv为 负值，表示速度减小或反向． (4)直线运动的速度、速度变化量的矢量图(如图)：
重力加速度PPT课件
重力加速度的大小还受到地球 自转、地形等因素的影响。
02
重力加速度的物理意义
自由落体运动
01
02
03
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定义
自由落体运动是指物体仅 受重力作用，从静止开始 下落的运动。
特点
自由落体运动是初速度为 零的匀加速直线运动，加 速度为重力加速度g。
公式
$h = frac{1}{2}gt^{2}$ （下落高度与时间的平方 成正比）
实验步骤
1. 制作一个摆，使摆长$L$可调。
2. 调整摆长，使摆球达到平衡位置。 3. 释放摆球，用秒表测量摆球的周期 $T$。
4. 根据公式计算重力加速度$g$。
物体在月球上的重力加速度
原理：月球绕地球做匀速圆周运动，根据万有引力定律 和向心力公式，可以推导出月球上的重力加速度$g = frac{GM}{R^{2}}$。 1. 选取一个合适的月球探测器，使其在月球表面着陆。
02
计算自由落体运动的高度
自由落体运动中，物体只受到重力的作用，其下落的高度可以通过上述
公式计算得出。
03
计算抛物线运动的高度
抛物线运动中，物体在垂直方向上受到重力的作用，其最高点的高度也
可以通过上述公式计算得出。
计算落地速度
利用重力加速度计算物体落地时的速度
物体落地时的速度（v）与下落时间（t）和重力加速度（g）的关系可以用公式 v = gt 来表 示。
实验步骤 2. 测量探测器的质量$m$和月球半径$R$。
3. 记录探测器在月球表面的运动数据，包括位移、速度 等。
4. 根据公式计算重力加速度$g$。
04
重力加速度的应用
计算高度
01
利用重力加速度计算物体下落的高度
惯性器件原理-第十章加速度计
第十章
加速度计
10.3 挠性加速度计
10.3.1 挠性加速度计的结构和工作原理
第十章
加速度计
10.3 挠性加速度计
10.3.2 石英挠性加速度计
钢的热膨胀系数是 ，与之相比石英的热膨胀系 数是 ，摆性随温度的变化不大，而且使之对标度 因数误差的影响小。因此，采用非导石英材料制作摆与挠性接 头，并将摆与挠性接头进行一体化设计，可大提高挠性加速度 计的精度。
10.1 加速度计的测量原理
比力
称f=a-G为比力
第十章
加速度计
10.1 加速度计的测量原理
比力__火箭上升
弹簧移动位移：
加速度计输出比力：
a=5G(g)
f=5g-(-g)=6g
第十章
加速度计
10.1 加速度计的测量原理
比力__自由落体
弹簧移动位移：
加速度计输出比力：
a=-1G(g)
f=-g-(-g)=0g
构成一个右手坐标系，称为摆组件坐标系。
第十章
加速度计
10.2 液浮摆式加速度计
10.2.1 液浮摆式加速度计的工作原理
重力及浮力组成力矩：
摆性：
第十章
加速度计
10.2 液浮摆式加速度计
10.2.2 浮子摆的静平衡问题
浮子摆必须具有一定的摆性以敏感加速度，加工完的浮子 摆有三心 浮心——浮力作用中心 质心——摆的质量中心或重心 支心——支承中心
压电式微机械加速度计
第十章
加速度计
10.5 硅微机电加速度计
加速度计的单芯片部件
信号传感器
反馈回路
放大器
第十章
加速度计
10.1 加速度计的测量原理
惯性级加速度计原理
ke kskakt ke (1 k )
ke (1 k) ke
挠性加速度计工作原理
特性分析
① 允许测量误差为 1105 g ，且加计测量值为 5g
则回路最小开环增益
kmin
ai a
5g 1105
g
5 105
②允许测量误差为 1105 g ，且摆性 mL 2.86g cm
挠性支承弹性系数为 ke 2.24g cm / rad 则稳态摆偏角 mL a 2.6
一般摆式加计原理
惯性测量可行性分析
② 测 amax 10g
设已满足 mL 104 g cm ，即忽略Md
再设 max 1
ke min
maL
max
3.438 107 g cm / rad
结论2：要求弹簧极硬，难实现。
总结论: 一般摆式加速度计很难满足惯性导航要求
惯性导航对加速度计的要求
再平衡回路的作用
分类
模拟再平衡回路 数字再平衡回路
直流再平衡回路 交流再平衡回路
直流模拟再平衡回路
使用条件
信号器敏感加速度输出直流信号的场合
基本组成及部件功用
交流模拟再平衡回路
基本组成及部件功用
脉冲数字再平衡回路
二元脉冲调宽再平衡回路组成
脉冲数字再平衡回路
工作原理
加速度作用→摆组件 偏离零位→信号器输出 误差信号→误差信号处 理器进行直流放大、滤 波、解调、补偿→量化 器进行模数转换→形成 与模拟电压成比例的脉 冲电流→力矩器→平衡 干扰力矩。
摆锤
RS
VS
加速度测量的交叉耦合效应
交叉耦合效应
ao
ap
ao
ap cos ai sin
实验利用单摆测重力加速度完整PPT
(2021·浙江高考)(1)在“探究单摆周期与摆长的关系” 的实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图实－4 甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“ 甲”或“乙”)．
图实－4
(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工 记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点 的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图实－5 甲所示．光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的 光敏电阻阻值R随时间t变化图线如图实－5乙所示，则该单 摆的振动周期为________．若保持悬点到小球顶点的绳长 不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则 该单摆的周期将__________(填“变大”、“不变”或“变 小”)，图乙中的Δt将__________(填“变大”、“不变”或 “变小”)．
2．数据处理 (1)公式法：利用多次测得的单摆周期及对应摆长，借助公
式g＝ 求出加速度g，然后算出g的平均值．
(2)图象法：由公式g＝ ，分别测 出一系列摆长l对应的周期T，作出 l－T2的图象，如图实－2所示，图象 应是一条通过原点的直线，求出图 线的斜率k，即可求得g值． g＝4π2k，k＝
圆锥摆． e．用公式g＝
计算重力加速度
摆长为摆线加小球半径，若小球直径变大，则摆长增加，由周期公式T＝2π
可知，周期变大；
(2021·浙江高考)(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图实－4甲、乙所示．测量方
法正确的是________(选填“
1标．记选，择如5材图．料实时－计应1选所算择示：．单摆的振动次数时，应以摆球通过最低位置时开始计
(2021·上海高考)在“用单摆测定重力加速度”的实
哥氏加速度(史上最强)课件PPT
？科里奥利力在地球上有哪些表现？
2021/3/10
10
下面介绍一些现实生活中受科里奥利力影响形成 的现象：
我国地处北半球，物体在地面上运动，受地转偏 向力作用而自行向右偏转，这种现象在日常生活中还 从来没有观察到。人在走路时，也从来不会不自觉地 偏到右边去。这完全是因为地转偏向力很小，其效应 被其他作用力的效应所掩盖。地转偏向力的效应只有 在长时间累积的条件下，才容易察觉。
L°
L 36°0
2 l g 36°0
L是指傅科摆摆球振幅圈的总周长，是指傅科摆摆球振幅圈总周长
的平均周角度的平均周长．
傅科摆的圆周角是360°角，一天的时间是24小时，那么傅科摆每
小时的振幅圆周角是15°角。每小时有60分钟，那么每分钟的振幅
圆周角是0.25°角。
2021/3/10
9
地球是一个转动参考系，在地球 上运动的物 体也受科里奥利力作用．
2021/3/10
5
一般地可以证明，当质量为m的质点相对 于转动参考系（角速度矢量为ω）的速 度为V时，则在转动参考系内观察到的科 里奥利力为
Fc=2m V × ω。
傅科摆是科里奥利力的一个重要应用。
2021/3/10
6
傅科摆 （１）用科里奥利力解析傅科摆 下面用科里奥利力向大家详细介绍一下有关傅科摆的问题。
2021/3/10
4
利用此例可导出科里奥利力的定量公式。 以转动系为参考系，球从A到 达B’的时间是
△t’=（OA－OB）/V’
在△t’时间内球偏离AB的距离
BB’=（V1－V2）△t’
=ω（OA－OB）△t’
= V’ω t'2
在△t’很小的情况下，可以认为沿BB’的运动是匀加速运动而初速为0，以
用单摆测量重力加速度ppt课件
3.关于单摆图像，回答下列问题
(1)造成图线不过坐标原点的原因可能是
____测__量___摆__长__时___漏__掉___了__摆___球__的__半___径____。 (2)由图像求出的重力加速度g＝__9__.8__7__m/s2(取π2＝9.87)。 (3)如果测得的g值偏小，可能的原因是____B____。
如图甲所示，在摆球运动的 最低点位置的左右两侧分别 放置一激光光源与光敏电阻， 光敏电阻与某一自动记录仪 相连，该仪器可以显示光敏电阻的阻值R随时间t变化的曲线，如图乙所 示。摆球摆动到最低点时，挡住激光使得光敏电阻的阻值增大(或I小)， 从t1时刻开始，再经过两次挡光完成一个周期，故该单摆的振动周期为 2t0。
A.测摆长时摆线拉得过紧 B.摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了 C.开始计时时，停表过迟按下 D.实验时误将49次全振动记为50次
4.用单摆测量重力加速度的创新实验方案
人工计数时，需要在摆球经过最低点时按下停表，但是在实际操作中，经常 会过早或过晚按下停表，导致误差较大，因此可以用自动计数代替人工.
1、在《用单摆测定重力加速度》的实验中，以下各实验步骤中有
错误的是（ ）
A．在未悬挂好摆球之前先测好摆长; B．测得的摆长为10cm;
BDA
C．将摆球拉离平衡位置，最大偏角小于5º，让摆球在竖直平面内
振动;
D．当摆球第一次通过平衡位置时开始计时，以后摆球每经过平
衡位置都计数，数到30时停止计时，所测时间即为单摆振动30个
周期的时间 .
2．某同学在“用单摆测量重力加速度”的实验 中进行了如下的操作： (1)用游标尺为10分度(测量值可精确到0.1 mm) 的游标卡尺测量摆球直径，游标卡尺的示数如 图甲所示，摆球直径为________ cm。把摆球用 细线悬挂在铁架台上，测量摆线长，通过计算 得到摆长l。 (2)用停表测量单摆的周期。当单摆摆动稳定且 到达最低点时开始计时并计数为0，单摆每经过 最低点计数一次，当数到n＝60时停表的示数如 图乙所示，该单摆的周期是T＝________ s(结 果保留3位有效数字)。