重力感应技术漫谈

重力感应技术漫谈

【摘要】重力感应技术在当今世界被广泛的应用于各个领域，本文就带领大家了解重力感应技术的原理、应用以及发展前景。

【关键词】重力感应;重力传感器;倾斜角

1概述

传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。重力传感器就是将运动或重力转换为电信号的传感器，它通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。敏感元件能直接感受被测量的部分，将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。转换元件则将上述非电量转换成电参量。再由测量电路将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理。主要用于倾斜角、惯性力、冲

击及震动等参数的测量。

2基本工作机理及应用

2.1压力及加速度的测量机理及应用。对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。重力传感器就是基于这个原理制成的，主要由惯性质量块和受压的压电片两部分构成。常用来做压电片的材料有石英晶体（SiO2）和人工合成的压电陶瓷。应用时将惯性质量块与压电晶体以一定力预紧，由于振动或加速等引起的惯性载荷作用于压电体上，根据压电效应，压电晶体产生正比于加速度的表面电荷。因而利用压电效应可测试振动（爆震）和加速度等。具体来说，对于一定尺寸的压电元件，当受到外力F作用时，与在其相应的表面产生电荷Q有以下关系：Q=dF式中d-压电系数，对一定的作用力和一定的产生电荷表面是一个常数。

根据这一原理，2007年爱国者推出了拥有自主专利权、堪称移动存储安全新标志的g-safe专利技术。重力传感器在其中扮演了非常重要的角色，它负责侦

测存储器的状态，计算存储器的重力加速度值，把数据传输给处理器对加速度值是否超出安全范围进行判断，一旦感应器侦测并经处理器判断当前的重力加速度超过安全值之后，控制器就会通过硬件控制磁头停止读写工作，并快速归位，锁定在专有的磁头停泊区。这一系列动作会在200毫秒内完成。当感应装置探测到加速度值恢复到正常值范围之后，产品才会恢复工作。因为一般存储器在通电工作之后，抗震性大都不足200G，轻微的磕碰都有可能造成坏道，而在不通电的时候，抗震性能达到1000G，这样，经过g-safe的处理之后，抗震性提升了5倍以上。

2.2倾斜角的测量机理与应用。在测量平台倾斜角时，将重力传感器垂直放置于在所测平台上，使重力传感器的敏感轴与倾斜平台的轴向一致，如图1所示，其α为平台沿某一方向的倾斜角。重力传感器的惯性量块由于受到重力加速度在倾斜方向上的分量gx的作用产生偏移（gx=gsina），使重力传感器的输出电压发

生变化。若设重力传感器在水平状态下的输出为V0，倾角为α时的输出为Vα，且在重力加速度为g的作用下输出为V，则有：V

利用上式可以方便的根据电压量值求得某一方向上的倾斜角。

目前重力感应技术的越来越成熟，各大手机、游戏厂商也把目光集中在了重力感应技术的应用上，最简单的是根据使用者手持手机的方向自动切换横屏竖屏，还有一些用到支持重力感应的游戏，如躲避小洞，钓鱼，掷骰子等等。特别是索爱手机在媒体播放器下，根据手机的方向会自动改变界面的方向，当按住w 键时候，甩动手机，可以做到切歌，改变音量等功能，给消费者带来了非常新奇的感受，堪称时尚与科技的完美融合。

2.3水平度的测定机理与应用。如果将两个重力传感器正交放置在平台中心，如图2所示，则平台在x方向上倾斜角αx和平台在y方向上倾斜角αy为：a x=arcsin[(V x-V)/V]

根据这两个方向上的倾斜角可以确定出平台的横向倾角和纵向倾角。

随着现代科技的发展，人们对各种基座平台的水平度精度要求也越来越高，特别是一些舰船（例如军用舰艇）上的基座平台，对于水平度精度的要求更高。这时就可以利用重力传感器检测水平度的原理，达到高精度、方便、适时的进行检测，特别可以在此基础上结合计算机技术加上误差控制系统，将所测倾斜角及其误差由单片机转换为控制信号去调整平台，实现平台水平度的自适应调整，实

现智能平台。

3发展前景

像文中介绍的那样，重力传感器作为传感器中的重要一员，在军事、生活等方面已经有了非常广泛的应用，因为现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。所以随着科学技术的不断进步，必然能够在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。其次是探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。在开发利用新材料同时，由于微电子技术和微机械加工技术发展，传感器必将向着微型化、多功能化，智能化方向发展。利用微机械的加工技术将微米级的敏感元件、信号调理器、数据处理装置集成封装在一块芯片上。做到体积小、

价格便宜、便于集成，并提高系统测试精度。

参考资料

[1]《重力传感器水平度测量仪原理分析》刘吉富李敏勇《微计算机信息》2008年第19期

[2]《加速度传感器标定的数据自动采集系统的设计邓和莲》《机电工程技术》2008年第5期[3]《压力传感器》《军民两用技术与产品》2008年第4期