引言

　　雖然自微電子機械係統技術(MEMS)第一次被用於(yu) 安全氣囊和汽車壓力傳(chuan) 感器領域，至今已有20年左右，但真正讓人們(men) 更了解慣性傳(chuan) 感器的用途，卻是任天堂Wii和蘋果iphoness的熱銷，因為(wei) 這些產(chan) 品使用了基於(yu) 運動感測技術的用戶界麵。

　　1 運動感測和MEMS介紹

　　現在來考慮加速度在不同時間段的表現。震動可被認為(wei) 是迅速且周期性發生的加速和減速運動。類似的，衝(chong) 擊則是瞬間發生的加速，但是不同於(yu) 震動，衝(chong) 擊是一種非周期性運動，一般隻發生一次。

　　我們(men) 把時間再延長一些。當對象被移動而改變傾(qing) 斜度或偏角時，與(yu) 重力相關(guan) 的一些位置變化被牽扯進來。與(yu) 震動和衝(chong) 擊相比，傾(qing) 斜運動的發生往往相當緩慢。

　　由於(yu) 前四種模式的運動感測各自都與(yu) 加速度有某種關(guan) 係，它們(men) 可通過“g力”(地球引力)來測量，g是萬(wan) 有引力對地球上物體(ti) 產(chan) 生的單位力(1g等於(yu) 9.8m/s2)。MEMS加速計通過測量重力對加速計軸的作用力來檢測傾(qing) 斜度。以3軸加速計為(wei) 例，三個(ge) 不同的輸出分別測量運動的X、Y和Z軸加速度。

　　2 加速感測用於(yu) 功率管理

　　在早期，加速度感測技術被用於(yu) 檢測運動和位置變化。利用MEMS加速計可以感測到設備被拿起或放下，當檢測到這兩(liang) 種動作時就可以發出一個(ge) 中斷信號來自動控製電源的開和關(guan) 功能。不同的功能組合可被保持在激活狀態，或者被置於(yu) 低功耗狀態。對用戶來說，這種由運動檢測控製的開/關(guan) 功能是受歡迎的，因為(wei) 它避免了用戶的重複動作。另外，它們(men) 實現了功率管理，能使設備在下次充電或更換電池之前有更長的使用時間。帶背光LCD的智能遙控器是眾(zhong) 多可能的應用之一。

　　另一種使用加速計來感測運動和產(chan) 生中斷信號的應用，則是用於(yu) 軍(jun) 事或公共安全人員的無線通信設備。為(wei) 保證通信的安全，當該設備被使用者卸下或放起來後，下次使用前必須再次進行身份認證。對便攜或小外形的設計來說，上麵這些應用需要采用隻需要很小電流的加速度計，最多幾個(ge) 微安就夠了。

　　運動感測的另一種應用是在醫療設備中，例如自動外部除顫器(AED)。典型地AED被設計用來產(chan) 生一次震動以使病人的心髒重新跳動。當失敗時，必須進行徒手心肺複蘇(CPR)。一位經驗不足的救助者也許沒有用到足夠大的力壓病人胸口以獲得有效CPR。在AED接觸胸部的墊子內(nei) 嵌入加速計，就可通過測量墊子移動的距離來告訴救助者適當壓力的大小。

　　3 震動感測用於(yu) 監控和節能

　　震動的輕微變化可以用於(yu) 了解軸承磨損、機械部件未對準以及包括工業(ye) 設備在內(nei) 的其它機械問題。具有很高帶寬的小型MEMS加速計是監控馬達、風扇和壓縮機內(nei) 震動的理想產(chan) 品。如果能夠進行預測性的維護，可以使製造廠商避免損壞昂貴的設備，以及避免那些可能導致降低生產(chan) 效率的代價(jia) 高昂的故障。

　　測量設備的震動變化也可用於(yu) 檢測機械是否被設置在高能效的工作方式。如果不加以校正，低能效的運轉可能會(hui) 損害公司的綠色製造計劃，使得電費飆升，甚至最終還會(hui) 導致設備損壞。

　　4 衝(chong) 擊感測用於(yu) 手勢識別及更多其它應用

　　在許多筆記本電腦中都能看到的磁盤驅動器保護裝置是目前眾(zhong) 多衝(chong) 擊感測應用中使用最廣泛的一種。加速計檢測微小的g力，從(cong) 而判別出筆記本是放下還是跌落，g力的變化是衝(chong) 擊事件的發生前兆，其後果可能就是筆記本撞向地板。在檢測到跌落狀態後的數毫秒之內(nei) ，係統指示硬盤讀寫(xie) 頭歸位。在撞擊期間，讀寫(xie) 頭的歸位能中止與(yu) 磁盤的接觸，從(cong) 而預防硬盤損壞和避免數據損失。

　　手勢識別接口是這種類型慣性感測的一種有大好前景的新應用。采用預先定義(yi) 的手勢(例如點擊/雙擊或晃動)，用戶可以激活不同功能或調整工作模式。手勢識別使那些物理按鈕和開關(guan) 難以操作的設備更便於(yu) 使用。無按鈕設計能減少總的係統成本，還能提高終端產(chan) 品的耐用性，如水下照相機，如果采用物理按鈕會(hui) 導致水從(cong) 按鈕周圍縫隙滲入照相機機身。

　　小外形消費電子產(chan) 品隻是基於(yu) 加速計的手勢識別技術能大顯身手的一種應用領域。由於(yu) MEMS加速計極小的尺寸和低功率，利用MEMS加速計的點擊接口能夠成為(wei) 穿戴式和可植入醫療設備(如藥物傳(chuan) 輸泵和助聽器)的絕佳選擇。

　　5 傾(qing) 斜感測用於(yu) 高精度應用

　　傾(qing) 斜感測在手勢識別接口應用領域也有巨大潛力。例如，在建築或工業(ye) 檢查設備等應用中，也許人們(men) 更傾(qing) 向於(yu) 單手操作。另一隻沒有操作設備的手可以騰出來控製桶或操作員站立的平台，或者出於(yu) 安全考慮抓住繩索。操作員可以簡單旋轉探針或設備來調整它的設置。

　　在這種情況下，3軸加速計可以像感測傾(qing) 斜度那樣感測出“旋轉度”：在存在重力的狀態下測量傾(qing) 斜的低速變化、檢測重力矢量的變化，以及確定方向是順時針還是逆時針。傾(qing) 斜檢測也可以與(yu) 點擊(衝(chong) 擊)識別結合使用，以便操作員能以單手控製設備的更多功能。

　　設備的位置補償(chang) 是傾(qing) 斜測量的另一重大應用領域。以GPS(全球定位係統)或移動電話中的電子指南針為(wei) 例，有一個(ge) 眾(zhong) 所周知的難題就是當指南針的放置沒有與(yu) 地球表麵平行時，會(hui) 得到錯誤指向。

　　6 旋轉感測用於(yu) 陀螺儀(yi) 和IMU

　　我們(men) 已經認識到，當旋轉和其它慣性感測形式結合使用時，MEMS技術的實際應用有更多優(you) 勢。事實上，這要求使用加速計和陀螺儀(yi) 。

　　慣性測量單元包括多軸加速計和多軸陀螺儀(yi) ，為(wei) 了進一步增加方向精度還包括多軸磁力計。IMU還可以額外提供完整的6自由度(6DoF)。這給應用帶來極其精密的分辨率，例如醫療成像設備、外科儀(yi) 器、先進的彌補術和工業(ye) 車輛的自動引導。除高度精確的操作之外，選擇IMU的另一好處是它的多項功能可由傳(chuan) 感器製造商預測試和預校準。

　　IMU在那些對精度要求也許不是那麽(me) 明顯的應用中也有用武之地。其中一個(ge) 例子是智能高爾夫球杆，能通過跟蹤和記錄每次揮杆運動以便幫助提升該球杆使用者的技術。在揮杆過程中，球杆內(nei) 的加速計測量加速度和揮杆平麵，同時陀螺儀(yi) 測量回旋(或打高爾夫球的人的手的旋轉度)。高爾夫球杆記錄每次比賽或練習(xi) 中收集到的數據，用於(yu) 稍後在PC上進行分析。

　　7 信號處理的新浪潮

　　無論是用戶友好型特性需求、功耗最小化需求，還是為(wei) 消除物理按鈕和控件、補償(chang) 重力和位置的需求，或者為(wei) 實現更智能的操作，利用5種運動感測方法的MEMS慣性感測技術總是能提供大量的各種選擇。

　　ADI作為(wei) 創新技術的領導者，利用其iMEMS Motion Signal Processing係列技術為(wei) 下一波的信號處理應用提供了先進的加速計和陀螺儀(yi) 產(chan) 品。運動感測應用的擴展將得益於(yu) 這些IC解決(jue) 方案所提供的小尺寸、高分辨率、低功耗、高可靠性等性能，以及其上的信號調理電路和集成功能等特性。