单轴加速度传感器检测倾斜角时应用设计注意事项

加速度传感器能够测量各个方向上的加速度，由此可以计算出倾斜角度，这在汽车、可穿戴设备以及到工业系统中都有广泛的应用。本文介绍单轴加速度传感器应用过程中的两个设计要点，希望能够助力小伙伴们做好设计。

 如何根据应用要求，来计算单轴加速度传感器最小灵敏度? 假设实际应用要求倾斜角检测范围在-63°到+63°之间，并且检测结果可以精确到1°。首先，引入增量灵敏度慨念，增量灵敏等于每个倾斜角步进对应的输出增量，单位以mg显示。S[g] = 1g*(sin(θ+P)-sin(θ))，（θ为当前角度，P为步长），增量灵敏度反应了输出变化大小。设倾斜角度θ为X, 对应的增量灵敏度S[g]为Y作图，我们得到:

为了满足应用在整个倾斜角检测范围内分辨率的要求，可以利用上图的曲线来确定系统的最小灵敏度。假设应用要求最小分辨率为1°，倾斜角检测范围在-63°到+63°之间。根据上图, 增量灵敏度在倾斜角0°到90°变化时, 逐渐变小，当到达63°时，灵敏度降至4.074mg/1°。对于数字输出加速度传感器，灵敏度一般使用LSB/g来表示。LSB为最低有效位，g为重力加速度。每个LSB要区分4.074mg输出, 那么对应灵敏度最少是246LSB/g (1g/4.074mg)。在选择加速度传感器时，应保证加速度传感器的灵敏度大于计算所得的最小灵敏度。检测轴X轴垂直于重力平面，此时加速度传感器的输出Ax=sin(θ)*1g。检测轴Z轴平行于重力平面（坡度为0时），此时加速度传感器的输出Az=cos(θ)*1g。

 

可以看出，当θ从0°到30°变化时，红色线段变化明显，而绿色线段则变化不明显。可以看出在倾斜角小角度变化时，检测轴垂直于重力平面的安装方式，得到的灵敏度更高。现实世界中，道路上的绝大多数斜坡坡度不会超过30°。因此在检测汽车倾斜角的方案中，如果使用单轴加速度传感器，设置检测轴方向垂直于重力平面方向比较合适。当然，如果倾斜角度在60°到90°范围内，由于加速度传感器与倾斜角度成sin（θ）函数的关系，加速度传感器对角度变化的敏感度降低。

单轴加速度传感器可以用在比较简单应用，比如简单的有限角度倾斜角检测。以检测汽车的倾斜角来举例，为了防止汽车侧滑和翻车，一般汽车会采用一个加速度传感器来检测汽车的倾斜角。此时检测轴应该垂直于重力平面。因为检测轴与重力平面垂直时，加速度传感器对于小角度变化的敏感度比较高，而汽车倾斜的角度一般不会太大。下面我们对比这两种安装方式的区别。