简介

检测质量主要由液体浮力支承的摆式加速度计。

摆式加速度计检测质量采用悬挂方式，使其能绕垂直于输入轴的另一轴旋转的加速度计。

加速度计概述加速度计是一种测量适当加速度的装置。正确的加速度，即身体在其自身的瞬时静止框架中的加速度（或速度变化率）与坐标加速度不同，即坐标加速度是固定坐标系中的加速度。例如，位于地球表面的加速度计将测量由于地球的重力，直线向上（通过定义）g≈9.81m/ s2的加速度。相比之下，自由落体的加速度计（以9.81米/秒2的速度向地球中心落下）将测量为零。1

加速度计在工业和科学领域有着多种应用。高灵敏度加速度计是飞机和导弹的惯性导航系统的组成部分。加速度计用于检测和监测旋转机械中的振动。加速度计用于平板电脑和数码相机，以便屏幕上的图像始终直立显示。加速度计用于无人机用于飞行稳定。协调加速度计可用于测量在空间分离中适当加速度，特别是重力的差异;即重力场的梯度。这种重力梯度是有用的，因为绝对重力是一个很弱的影响，取决于地球的局部密度是非常可变的。

加速度计的单轴和多轴型号可用于检测正确加速度的大小和方向作为矢量，并可用于检测取向（由于重量变化的方向），坐标加速度，振动，冲击和下降在电阻介质中（适当的加速度变化，因为它从零开始，然后增加）的情况。微机械加速度计越来越多地存在于便携式电子设备和视频游戏控制器中，以检测设备的位置或提供游戏输入。

物理原理加速度计测量适当的加速度，这是相对于自由落体的加速度，是人和物体的加速度。换句话说，在时空的任何时刻，等价原则保证了本地惯性框架的存在，加速度计测量相对于该帧的加速度。这种加速度被广泛地表示为g力；即与标准重力相比。2

由于地球表面上的任何一点相对于局部惯性框架（表面附近的自由落体物体的框架）向上加速，相对于地球表面的加速度计将停留约1g。为了获得相对于地球运动的加速度，必须减去这个“重力偏移”，并对由于地球相对于惯性框架的旋转而产生的影响进行修正。

出现引力偏移的原因是爱因斯坦的等效原理，其中指出重力对物体的影响与加速度无法区分。当通过例如施加地面反作用力或等效的向上推力将其固定在重力场中时，用于加速度计（其自身壳体）的参考系相对于自由下落的参考系向上加速。这种加速度的影响与仪器经历的任何其他加速度无法区分，因此加速度计无法检测坐在发射台上的火箭之间的差异，并且在使用其发动机加速时处于相同的深空中的火箭中在1g由于类似的原因，在任何类型的自由落体期间，加速度计将读为零。这包括在远离任何质量的太空飞船，绕地球运行的太空飞船，抛物线“零克”弧形的飞机或任何自由落下的真空中使用的海岸太空飞船。另一个例子是在足够高的高度自由落体，大气效应可以忽略不计。

然而，这不包括空气阻力产生减小加速度的拖曳力（直到达到恒定的最终速度）的（非自由）下降。在终端速度下，加速度计将表示1g加速度向上。同样的原因，一名跳伞运动员在达到终点速度时，感觉不到他或她处于“自由落体”状态，而是经历类似于在升高空气的“床”上被支撑（1克）的感觉。3

加速度以SI单位米/秒/秒（m / s2），cgs单位gal（Gal）或通常以标准重力（g）来量化。

为了找到相对于地球的物体的加速度的实际目的，例如用于惯性导航系统中，需要了解局部重力。这可以通过校准静止装置或在大约当前位置从已知的重力模型获得。

结构在概念上，加速度计在弹簧上表现为阻尼质量。当加速度计经历加速度时，质量移动到弹簧能够以与壳体相同的速率加速质量的点。然后测量位移以给出加速度。

在商业设备中，压电，压阻和电容部件通常用于将机械运动转换为电信号。压电加速度计依靠压电陶瓷（例如锆钛酸铅）或单晶（例如石英，电气石）。它们在高频范围，低重量和高温范围方面是无与伦比的。压电加速度计在高冲击应用中是优选的。电容加速度计通常使用硅微加工感应元件。它们在低频范围内的性能优越，可以在伺服模式下工作，实现高稳定性和线性度。

现代加速度计通常是小型微机电系统（MEMS），并且确实是可能的最简单的MEMS装置，其组成仅包括具有证明质量（也称为地震质量）的悬臂梁。来自封闭在设备中的残留气体的阻尼结果。只要Q因子不太低，阻尼不会导致较低的灵敏度。4

在外部加速度的影响下，证明物质从其中性位置偏转。该偏转以模拟或数字方式测量。最常见的是，测量一组固定光束与附着于校准物质的一组光束之间的电容。该方法简单，可靠，价格便宜。在弹簧中集成压敏电阻以检测弹簧变形，从而检测弹性变形，因此是偏转，但是在制造顺序中需要更多的工艺步骤。对于非常高的灵敏度，也使用量子隧穿;这需要一个专门的过程，使其非常昂贵。实验室规模已经证明了光学测量。

另一种不那么普遍的类型的基于MEMS的加速度计在非常小的圆顶的底部包含一个小的加热器，这加热了圆顶内部的空气使其升高。圆顶上的热电偶确定加热的空气到达圆顶的位置，偏离中心的位置是对传感器施加的加速度的量度。

大多数微机械加速度计在平面内工作，也就是说，它们被设计为仅对模具平面中的方向敏感。通过将两个装置垂直地集成在单个模具上，可以制造双轴加速度计。通过添加另外的平面外设备，可以测量三个轴。这种组合可能具有比包装之后组合的三个离散模型低得多的失准误差。

微机械加速度计有多种测量范围，可达数千g。设计师必须在灵敏度和可测量的最大加速度之间做出妥协。

应用（1）工程

重积分加速度计可用于测量车辆加速度。可用于测量汽车，机器，建筑物，过程控制系统和安全设施的振动，也可用于测量地震活动，倾角，机器振动，动态距离和速度，有无重力的影响。用于测量重力的加速度计的应用，其中加速度计专门配置用于重力测量，称为重力计。5

装有加速度计的笔记本电脑可以帮助Quake-Catcher网络（QCN），这是一个旨在科学研究地震的BOINC项目。

（2）生物学

重积分加速度计也越来越多地用于生物科学领域。双轴或三轴加速度的高频记录允许在动物看不见时区分行为模式。此外，加速记录允许研究人员通过确定肢体中风频率，或诸如整体动态身体加速度的措施来量化动物在野外消耗能量的速率。这些方法主要被采用由于海洋科学家由于无法使用视觉观察在野外研究动物，然而越来越多的陆生生物学家正在采用类似的方法。该器件可以连接到放大器放大信号。

（3）建筑和结构监测

重积分加速度计用于测量暴露于动态载荷的结构的运动和振动。

在结构应用中，测量和记录结构如何动态地响应这些输入对于评估结构的安全性和可行性至关重要。这种类型的监测称为健康监测，通常涉及其他类型的仪器，例如位移传感器 - 电位器，LVDT等 - 变形传感器 - 压力计，伸缩计，负载传感器 - 负载传感器，压电传感器其他。

（4）医疗应用

Zoll的AED Plus使用包含加速度计的CPR-D·padz来测量CPR胸部按压的深度。

在过去的几年中，有几家公司已经为跑步者生产和销售了运动手表，其中包括脚踏，包含加速度计，以帮助确定穿着本机的跑步者的速度和距离。

在比利时，政府推动加速度计步兵台鼓励人们每天步行数千步。

赫尔曼数字训练师使用加速度计测量身体训练中的罢工力。

有人建议用加速度计制造足球头盔，以测量头碰撞的影响。

加速度计已被用于计算步态参数，如姿态和摆动阶段。这种传感器可用于测量或监控人们。

（5）导航

惯性导航系统是导航辅助装置，其使用计算机和运动传感器（加速度计）来连续计算运动物体的位置，方位和速度（运动方向和速度），而无需外部参考。用于指惯性导航系统或密切相关的装置的其它术语包括惯性引导系统，惯性参考平台以及许多其他变型。

单独的加速度计不适合确定重力垂直方向的重要程度如飞机和火箭的重要程度的距离的高度变化。在存在重力梯度的情况下，校准和数据简化过程在数值上不稳定。