实验用的加速度计替代品

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尽管工厂制造的加速度计，例如ADXL150和ADXL202，在机器人技术中使用最方便，但你还可能想试用一些更便宜的方法。你可用一个几块钱的压电陶瓷片和一个铁球或其他重物制作自己的家用加速度计。家用压电加速度计不象ADXL系列或其他工厂制作的加速度计那么精确，但是它可在急需时使用，并在使用过程中教你运动物理学。 压电片加速度计的工作是利用压电材料的著名性能：既是能量消费者又是能量制造者。大部分压电材料应用在消费产品上，例如喇叭和传呼机。把电压施加在压电材料上，它就会振动，产生一个声音。相反的，如果你用一些机械方式振动压电材料，输出为电信号。 压电片在电子产品商店中常见。这些元件主要用做低价的喇叭和发音器(例如烟雾警告器，汽车警报等等)的元件。典型的压电片是一直径约一英寸，由黄铜或其他非铁金属制作的。放置在压电片一面的是由压电晶体制成的陶制材料。当电压施加在压电片上时，正是这些晶体在振动。大部分压电片已焊接好两个金属导线，所以很容易接到电路上。 1．构造压电片加速度计 在供电状态下，在铁球或其他重物的帮助下使压电片产生机械能。把球或重物放在片上，陶瓷面向上，把球缚牢在适当的位置上，使之不会滚动或从片上跌落下来。把压电片的输出连到反应快速的电压表或示波器上。把片快速地举上举下，就会看到压电片波动的电压输出，可能是一或二伏。压电片移动得越快，电压变化得越大。 同样重要的，可以注意到电压变化的极性决定于移动的方向。当向上移动时，压电片的输出是正电压，当向下移动时是负电压。 制作加速度计时，既可以把压电片放置在单独的传感器板上也可以直接放在机器人上。作为感知水平运动的加速度计，压电片要安在竖直位置，虽然这样会降低灵敏度，因为球或重物正被重力拉开压电片。要确保缚球的带子是可靠的。你可以构造一个更可靠的紧固机构，如把压电片和球或重物放入闭合箱中。可截取合适大小的35毫米胶片，或塑胶“窃听器箱”(象泡泡糖机中得到的那种)都是很好的选择。 像正规的加速度计一样，可用压电片加速度计检测摆动和震动。突然的摇晃——像机器人撞到某物上——压电片的输出会产生异常的变化。把这个加速度计连到机器人大脑上时，此信息可用来判定机器人行动的合适路线。 2．压电片加速度计的局限 尽管压电片可制成便宜易用的加速度计，还是有局限性的。这里有几个问题需要考虑： (1)压电片只能测量运动的变化，因为它本身是交流设备。一旦压电片运动稳定了，输出电压会跌落到极小状态。因为重力的作用像恒定的直流信号，这就意味着将压电片用做倾角传感器不容易。 (2)压电片的输出很容易超过微机，微控制器或其他接口电子元件的输入电压。如果压电片受到剧烈碰撞的打击，电压输出会轻易超过20，50甚至100伏特。因此，你必须装一个稳压二极管来箝制电压。 (3)选择一个电压与所用的接口的输入电压相匹配的稳压二极管。例如，如果接口电压是5Vdc，可用5．1伏电压的稳压管。 (4)压电片基本上是一电容器，所以它存储过去充入的电荷。你可通过在压电片的输出端并联50k到250k电阻来降低电容充电的作用(这会有助于“泄放”电荷)。你也可以把压电片输出馈给线性放大器。