我最近收到一個筆記本作為工作禮物。這款筆記本比大多數(shù)筆記本都要酷。在外面，它有公司標(biāo)志，并用皮革（或人造皮革）裝訂。到目前為止，一切都很好。

當(dāng)我打開它時，它提供了一個真正的驚喜。沒有傳統(tǒng)上有規(guī)則線條的紙張，也沒有任何干凈的白色空白紙張盯著我看。相反，它是一張網(wǎng)格方格紙，到處都是小方塊。

伽利略，伽利略

收到這本筆記本讓我回想起幾十年前記錄我的高中物理實驗（在一個類似但裝訂不那么精美的筆記本中）。在物理課上，我和我的同學(xué)會被要求模仿過去著名的實驗。我們被要求重現(xiàn)的一項是意大利博學(xué)家伽利略·伽利萊 (Galileo Galilei) (1564–1642) 的斜面實驗，涉及陡坡和淺坡（圖 1）。他的實驗通過證明物體由于地球引力的作用而經(jīng)歷均勻加速，從而幫助取代了亞里士多德的物理學(xué)概念。

圖 1：伽利略斜面實驗的插圖，涉及陡坡和淺坡。（來源：貿(mào)澤）

我的筆記本上滿是測量值，概述了質(zhì)量（克，g）、傾斜角（θ）、斜率的 sin 值（sinθ）、持續(xù)時間（秒，s）。許多物理實驗都是這樣進(jìn)行的，包括模仿艾薩克·牛頓 (Isaac Newton, 1642–1727) 的運動定律研究，以及 F（力）= m（質(zhì)量）* a（加速度）或簡單的 F=ma 之類的論證。收集數(shù)據(jù)后的最終結(jié)果通常是將頁面左側(cè)制作的表格中的數(shù)據(jù)組合起來，然后將它們轉(zhuǎn)換為打開頁面右側(cè)的各種笛卡爾坐標(biāo)圖和函數(shù)。

繪制 X、Y 和 Z

法國數(shù)學(xué)家笛卡爾 (René Descartes)（1596-1650 年）的坐標(biāo)系使三維空間中的點能夠由一組由相互正交的軸（稱為 x 軸、y 軸和 z 軸）定義的數(shù)字坐標(biāo)唯一地繪制出來。代數(shù)現(xiàn)在可以很容易地應(yīng)用于幾何。

自從我發(fā)現(xiàn)自己在實驗室學(xué)習(xí)物理基礎(chǔ)知識以來的幾十年里，電子元件技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。如今，三軸加速度計可以輕松地同時計算所有三個軸上的力。三軸加速度計使收集 XYZ 軸信息比學(xué)習(xí) ABC 更容易。

三軸加速度計

Kionix 是一家制造三軸加速度計比學(xué)習(xí) ABC 更容易的電子制造商。Kionix是 ROHM Semiconductor Group 旗下公司，是硅 (Si) 微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 加速度計產(chǎn)品的制造商（圖 2）。MEMS 加速度計是微機(jī)電系統(tǒng)，可測量加速度的靜態(tài)或動態(tài)力。Kionix 制造 MEMS 加速度計，包括各種三軸加速度計。

圖 2：Kionix 是 ROHM Semiconductor Group 旗下公司，是高性能硅微加工 MEMS 慣性傳感器設(shè)計和制造領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。（來源：Kionix）

Kionix 推出了KX003-1077 三軸加速度計（圖 3）。KX003-1077 三軸加速度計提供四個擴(kuò)展的用戶可配置 g 范圍（±2g、±4g、±8g 和 ±16g）和三種分辨率模式（8 位、12 位和 14 位）。該加速度計在其最低功率設(shè)置下消耗 <2μA，并提供 1Hz 至 1600Hz 的采樣率。與上一代加速度計相比，它具有更低的噪聲性能、出色的抗沖擊性、溫度穩(wěn)定性能和更好的計時精度。

圖 3：具有數(shù)字 I2C 接口和運動檢測/喚醒中斷的 Kionix KX003-1077 三軸加速度計提供高達(dá) 14 位分辨率和用戶可選的 g 范圍。（來源：貿(mào)澤）

Kionix 創(chuàng)造了機(jī)械硅結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，在施加的加速度方向上移動。電容加速度計感測位于設(shè)備旁邊的微結(jié)構(gòu)之間的電容變化。如果加速力移動其中一個結(jié)構(gòu)，則電容將發(fā)生變化，并且加速度計會將電容轉(zhuǎn)換為電壓以進(jìn)行解釋。加速度計進(jìn)一步利用共模消除來減少過程變化、溫度和環(huán)境壓力引起的誤差。

與傳感器元件封裝在一起的獨立專用集成電路 (ASIC) 設(shè)備處理 KX003-1077 加速度計的所有信號調(diào)節(jié)和數(shù)字通信。完整的測量鏈由一個低噪聲電容電壓放大器組成，它將 MEMS 傳感器的差分電容轉(zhuǎn)換為模擬電壓，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 發(fā)送。用戶可以通過ASIC提供的I 2 C數(shù)字通信訪問加速度數(shù)據(jù)。此外，ASIC 包含允許用戶選擇數(shù)據(jù)速率、g 范圍、濾波器設(shè)置和中斷邏輯的所有邏輯。

KX003-1077 加速度計采用 2mm x 2mm x 0.9mm 焊盤柵格陣列 (LGA) 塑料封裝，采用 1.7V DC –3.6V DC電源供電。它使用穩(wěn)壓器在輸入電源電壓范圍內(nèi)保持恒定的內(nèi)部工作電壓。這導(dǎo)致在輸入電源電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定的工作特性和幾乎檢測不到的比率誤差。

結(jié)論

世界是一個充滿運動的地方，許多事物都在運動。感知運動就像學(xué)習(xí) ABC 一樣簡單。想一想，您很快就會意識到 Kionix 的三軸加速度計可以像 ABC 一樣輕松地感知 XYZ 方向的運動和運動。希望我在物理學(xué)中學(xué)習(xí)的旋轉(zhuǎn)陀螺的經(jīng)典動力學(xué)是直截了當(dāng)?shù)摹?/p>

審核編輯黃昊宇