我最近收到一個(gè)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(kāi)它時(shí)，它提供了一個(gè)真正的驚喜。沒(méi)有傳統(tǒng)上有規(guī)則線條的紙張，也沒(méi)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(shí)驗(yàn)（在一個(gè)類(lèi)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(huì)被要求模仿過(guò)去著名的實(shí)驗(yàn)。我們被要求重現(xiàn)的一項(xiàng)是意大利博學(xué)家伽利略·伽利萊 (Galileo Galilei) (1564–1642) 的斜面實(shí)驗(yàn)，涉及陡坡和淺坡（圖 1）。他的實(shí)驗(yàn)通過(guò)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(shí)驗(yàn)的插圖，涉及陡坡和淺坡。（來(lái)源：貿(mào)澤）

我的筆記本上滿是測(cè)量值，概述了質(zhì)量（克，g）、傾斜角（θ）、斜率的 sin 值（sinθ）、持續(xù)時(shí)間（秒，s）。許多物理實(shí)驗(yàn)都是這樣進(jìn)行的，包括模仿艾薩克·牛頓 (Isaac Newton, 1642–1727) 的運(yùn)動(dòng)定律研究，以及 F（力）= m（質(zhì)量）* a（加速度）或簡(jiǎn)單的 F=ma 之類(lèi)的論證。收集數(shù)據(jù)后的最終結(jié)果通常是將頁(yè)面左側(cè)制作的表格中的數(shù)據(jù)組合起來(lái)，然后將它們轉(zhuǎn)換為打開(kāi)頁(yè)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(guó)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(diǎn)能夠由一組由相互正交的軸（稱(chēng)為 x 軸、y 軸和 z 軸）定義的數(shù)字坐標(biāo)唯一地繪制出來(lái)。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(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)物理基礎(chǔ)知識(shí)以來(lái)的幾十年里，電子元件技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。如今，三軸加速度計(jì)可以輕松地同時(shí)計(jì)算所有三個(gè)軸上的力。三軸加速度計(jì)使收集 XYZ 軸信息比學(xué)習(xí) ABC 更容易。

三軸加速度計(jì)

Kionix 是一家制造三軸加速度計(jì)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(jì)產(chǎn)品的制造商（圖 2）。MEMS 加速度計(jì)是微機(jī)電系統(tǒng)，可測(cè)量加速度的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)力。Kionix 制造 MEMS 加速度計(jì)，包括各種三軸加速度計(jì)。

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(jì)和制造領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。（來(lái)源：Kionix）

Kionix 推出了KX003-1077 三軸加速度計(jì)（圖 3）。KX003-1077 三軸加速度計(jì)提供四個(gè)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(jì)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(jì)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(jì)時(shí)精度。

圖 3：具有數(shù)字 I2C 接口和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)/喚醒中斷的 Kionix KX003-1077 三軸加速度計(jì)提供高達(dá) 14 位分辨率和用戶可選的 g 范圍。（來(lái)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(dòng)。電容加速度計(jì)感測(cè)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(dòng)其中一個(gè)結(jié)構(gòu)，則電容將發(fā)生變化，并且加速度計(jì)會(huì)將電容轉(zhuǎn)換為電壓以進(jìn)行解釋。加速度計(jì)進(jìn)一步利用共模消除來(lái)減少過(guò)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(dú)立專(zhuān)用集成電路 (ASIC) 設(shè)備處理 KX003-1077 加速度計(jì)的所有信號(hào)調(diào)節(jié)和數(shù)字通信。完整的測(cè)量鏈由一個(gè)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(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 發(fā)送。用戶可以通過(guò)ASIC提供的I 2 C數(shù)字通信訪問(wèn)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(jì)采用 2mm x 2mm x 0.9mm 焊盤(pán)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(cè)不到的比率誤差。

結(jié)論

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

審核編輯黃昊宇