三轴加速度计/重力传感器

概述

加速度计（Accelerometer）也称为重力传感器，它可以测量物体的加速度或重力的大小和方向，是大多数惯性导航系统中使用的传感器类型之一。许多平板电脑和智能手机也都使用了加速度计，因此可以根据用户握住设备的方向自动在屏幕的纵向和横向模式之间切换。

注意，加速度计测量的是加速度，而不是速度。如果你很久没有处理过物体的物理特性，那么你可能需要复习一下，加速度的 SI 单位是 m/s²（即：米/秒的平方）。1m/s² 的值意味着每多过一秒，物体的速度就会增加1米/秒。

如今，大多数加速度计都能够测量三轴加速度，因此被称为三轴加速度计。三轴加速度计可以测量 x、y 和 z 轴的加速度。如果要测量较小的加速度或振动，则使用小范围的三轴加速度计更为方便，因为它们提供了必要的灵敏度。

虽然加速度计并不能直接测量速度，但通过跟踪加速度的大小，以及持续时间的长短，INS 可以很容易地通过将加速度乘以时间来计算出速度是多少。

例如，如果它在5秒内看到 2.5m/s² 的加速度，并假设初始速度为 0m/s，那么现在 INS 的速度就是 12.5m/s（2.5m/s² × 5s = 12.5m/s）。

显然，距离也是可以计算的。可以用 s=0.5×at² 公式来计算。（其中，s 为距离，a 为加速度，t 为时间）

注：惯性导航系统（INS，全称 Inertial Navigation System）包括一个 IMU（惯性测量单元）或 IRU（惯性参考单元），以及一台导航计算机。

加速度

你无疑听过牛顿爵士的名字，还记得他写过一些运动定律。牛顿的第一条定律告诉我们，除非有某种力量作用在物体上，否则它将保持完全静止，或者以同样的速度继续运动。换句话说，要想让物体运动，或者改变它的速度，我们需要施加一个力。他的第二条规则描述了物体的加速度如何与作用在它身上的力和物体的质量有关。它可以总结为：力=质量×加速度（F=ma）。

加速计使用牛顿第二运动定律中描述的原理来测量相对于自由落体的加速度。也就是说，它们测量作用在已知质量上的相对力，并以此来计算它必须发生的加速度。为了理解这一点，让我们首先绘制一个简单的加速计。

工作原理

加速度传感器是检测物体加速度的传感器。根据 XYZ 轴的检测轴数，分为单轴、双轴、三轴的传感器。

作用原理与重力传感器相同，但透过三个维度来确定加速度方向，功耗小但精度低。运用在手机中可用来计步、判断手机朝向的方向。

测量单位

加速度计通常以 g 力（g-force）来测量加速度，缩写为 g。也有一些加速度计使用米/秒平方（m/s²）作为度量单位，而不是 g 力。

应用场景

当我们想要检测物体何时开始或停止运动时，加速度计非常有用。

典型互动应用中的加速度传感器可以用来对物体的姿态或者运动方向进行检测，比如 WII 游戏机手柄和 iPhone 的游戏应用等。这些都是利用设备内部传感器，给出基础的运动数据，然后通过后期的算法折算，计算出当前的运动方向。Misfit，小米手环之类用的都是同样的原理。