CN116754792A - 加速度方向判断电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加速度方向判断电路及方法，用于判断电子设备运动加速度方向，包括第一磁体、第二磁体、电极板、电源、电阻和ADC电压检测模块，第一磁体和第二磁体为物理性质一致的磁体，第一磁体的N极与第二磁体的N极相对设置，电极板设于第一磁体与第二磁体之间，且电极板与第一磁体之间的距离和电极板与第二磁体之间距离相等，电源输出端、电阻、电极板和电源输入端串联形成回路，电极板在外力作用下跟随受力方向移动时，ADC电压检测模块获取电极板两端的电势差，以判断加速度方向。本发明所设计的加速度方向判断电路及方法，通过改变电极板上的磁感应强度方向与强度大小来判断加速度方向，具有体积小、成本低、功耗低等特点。

Description

加速度方向判断电路及方法

技术领域

本发明涉及加速度检测技术领域，特别是一种加速度方向判断电路及方法。

背景技术

在现有技术中，加速度检测是一种常见的传感器技术，目前已经被大量使用在消费电子、汽车、工业、医疗等其他各个领域里，并且由于人工智能与物联网技术的发展，加速度模块的应用场景会更加多元化，所以加速度传感器是人工智能关键的底层硬件之一。加速度传感器收集的数据越丰富和精准，那么人工智能的功能会越完善。

目前常见的加速度检测方法主要包括基于压电效应的传感器和基于MEMS的传感器以及基于光学和声波方法的传感器。基于压电效应的传感器通过在压电材料上施加压力来产生电荷，从而实现加速度检测。这种方法具有高精度和快速响应的优点，但需要高精度的加工和组装，成本较高。而基于MEMS的传感器是一种使用微型机械结构来测量物体运动的技术，这种传感器结构紧凑、成本低廉的特点。基于光学和声波的方法，这些方法通常需要较为特殊的设备和环境，因此在实际应用中使用较少。

近年来，随着电子技术的不断发展，基于磁电效应的加速度检测技术逐渐成为研究的热点，总的来说，加速度检测技术在现代电子设备中得到了广泛应用。不同的方法具有各自的优缺点，在选择时需要根据具体应用场景进行考虑。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种通过改变电极板上的磁感应强度方向与强度大小来判断加速度方向，具有体积小、成本低、功耗低的加速度方向判断电路及方法。

为了达到上述目的，本发明设计的加速度方向判断电路，用于判断电子设备运动加速度方向，包括第一磁体、第二磁体、电极板、电源、电阻和ADC电压检测模块，所述第一磁体和第二磁体为物理性质一致的磁体，所述第一磁体的N极与第二磁体的N极相对设置，所述电极板设于第一磁体与第二磁体之间，且电极板与第一磁体之间的距离和电极板与第二磁体之间距离相等，所述电源正极输出端、电阻、电极板和电源负极输入端串联形成回路，所述电极板被设置为能在外力作用下跟随受力方向移动，所述电极板在外力作用下跟随受力方向移动时，所述ADC电压检测模块获取电极板两端的电势差，以判断加速度方向。

进一步的方案是，所述电极板至少具有第一边、第二边、第三边和第四边，所述第一边和第二边相对设置，所述第三边和第四边相对设置，所述电源正极输出端、电阻、电极板的第一边、电极板的第二边和电源负极输入端串联形成回路，所述ADC电压检测模块用于获取电极板第三边和电极板第四边之间的电势差。

进一步的方案是，所述电极板采用半导体材料制成。

进一步的方案是，所述电极板的板面与第一磁体的磁场方向和第二磁体磁场方向呈垂直设置。

进一步的方案是，所述电阻为限流电阻。

进一步的方案是，设置有三组相同的加速度方向判断电路，加速度方向判断电路之间相互垂直设置，以获取X,Y,Z三轴方向上的加速度方向。

一种加速度方向判断方法，外部运动产生的动能使得电极板的位置能在外力作用下跟随受力方向移动，进而改变电极板位于第一磁体和第二磁体之间的相对位置，以使电极板上的磁感应强度的方向与强弱产生相应变化，从而判断出加速度的方向。

本发明所设计的加速度方向判断电路及方法，通过改变电极板上的磁感应强度方向与强度大小来判断加速度方向，具有体积小、成本低、功耗低等特点。

附图说明

图1是实施例1中电极板处于静止状态相对两个磁体的位置示意图；

图2是实施例1中电极板受外力向上移动相对两个磁体的位置示意图；

图3是实施例1中电极板受外力向下移动相对两个磁体的位置示意图；

图4是实施例1中加速度方向判断方法的一种实施方式结构示意图。

其中：第一磁体1、第二磁体2、电极板3、第一边31、第二边32、第三边33、第四边34、电源4、电阻5、ADC电压检测模块6。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1。

如图1-4所示，本实施例描述的加速度方向判断电路，用于判断电子设备运动加速度方向，包括第一磁体1、第二磁体2、电极板3、电源4、电阻5和ADC电压检测模块6，所述第一磁体1和第二磁体2为物理性质一致的磁体，所述第一磁体1的N极与第二磁体2的N极相对设置，所述电极板3设于第一磁体1与第二磁体2之间，且电极板3与第一磁体1之间的距离和电极板3与第二磁体2之间距离相等，所述电源4正极输出端、电阻5、电极板3和电源4负极输入端串联形成回路，所述电极板3被设置为能在外力作用下跟随受力方向移动，所述电极板3在外力作用下跟随受力方向移动时，所述ADC电压检测模块6获取电极板3两端的电势差，以判断加速度方向。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，所述电极板3至少具有第一边31、第二边32、第三边33和第四边34，所述第一边31和第二边32相对设置，所述第三边33和第四边34相对设置，所述电源4输出端、电阻5、电极板3的第一边31、电极板3的第二边32和电源4输入端串联形成回路，所述ADC电压检测模块6用于获取电极板3第三边33和电极板3第四边34之间的电势差。

在本发明的一些实施例中，所述电极板3的板面与第一磁体1的磁场方向和第二磁体2磁场方向呈垂直设置。利用这种结构设计，可以使电极板3在受到外力作用下，更容易沿着磁场方向移动，从而更容易改变电极板3上的磁感应强度方向和强度大小，进而准确地判断加速度的方向。此外，这种垂直设置还可以减小电极板3上的垂直位移对磁感应强度方向和强度大小的影响，提高了测量的准确性。

在本发明的一些实施例中，所述电阻5为限流电阻。这样，通过改变限流电阻的大小控制电流大小，实现调整加速度方向检测灵敏度。

在本发明的一些实施例中，设置有三组相同的加速度方向判断电路，加速度方向判断电路之间相互垂直设置，以获取X,Y,Z三轴方向上的加速度方向。用于多轴方向的运动加速度方向判断，进而提升该判断电路的适用性。

为了便于理解，以下根据电极板3在外力作用下跟随受力方向移动处于不同位置的状态对该判断电路的工作原理进行阐述：

如图1所示，电极板3不受外力作用时，即该判断电路处于初始状态，电流从电源4的正极输出端流向电阻5后再流向电极板3，穿过电极板3后再流向电源4的负极输入端，形成回路，其中，采用半导体材料制成的电极板3内正电荷的方向和电流方向一致为顺时针方向，负电荷的方向和电流方向相反为逆时针方向，如图1所示，电极板3与第一磁体1之间的距离和电极板3与第二磁体2之间距离相等，即电极板3位于第一磁体1和第二磁体2距离之间的中心线上，由于第一磁体1磁力线与第二磁体2磁力线因为同性相斥，在中心线位置相互排斥，又因为磁场强度相同，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和，所以中心线位置的磁感应强度为0，则电极板3的磁通量为0，这样，当电极板3不受外力作用位于第一磁体1和第二磁体2距离中心线时，电极板3上的正负电荷自由排列、数目相同，第三边33和第四边34之间的电势差为0，ADC检测模块6显示电压值V＝0V，则判断未产生加速度，加速度值为零。

如图2所示，当电极板3受到外力向上移动时，电极板3受到的净磁通量主要来自第一磁体1，第一磁体1的N极磁力线自上而下、垂直地穿过电极板3，即磁场方向和电流方向垂直，根据左手定则判断，电极板3上正电荷受到的洛伦兹力方向为朝向电极板3的第三边33，这样正电荷在洛伦兹力的作用下朝第三边33聚集；负电荷受到的洛伦兹力方向为朝向电极板3的第四边34，这样负电荷在洛伦兹力的作用下朝第四边34聚集，聚集起来的正电荷与负电荷之间会产生电场，电场方向为正电荷朝向负电荷，即电场线从第三边33指向第四边34，在电场力的作用下，正电荷受到的电场力方向为朝向电极板3的第四边34，负电荷受到的电场力方向为朝向电极板3的第三边33，等正负电荷各自受到的力平衡之后，此时正电荷和负电荷受到的洛伦兹力和电场力达到动态平衡，同时正负电荷也能顺利通过第一边31和第二边32穿过电极板3达到电源4负极输入端，此时第三边33上的正电荷与第四边34上的负电荷有个电势差，第三边33的电位高于第四边34的电位，ADC检测模块6显示检测第三边33到第四边34的电压差V大于零伏。进一步说，电极板3受到的向上的外力越大，则越靠近第一磁体1，电极板3受到的磁感应强度越大，检测到的电压值的绝对值|V|越大。

如图3所示，当电极板3受到外力向下移动时，电极板3受到的净磁通量主要来自第二磁体2，第二磁体2的N极磁力线自下而上、垂直地穿过电极板3，即磁场方向和电流方向垂直，根据左手定则判断，电极板3上正电荷受到的洛伦兹力方向为朝向电极板3的第四边34，这样正电荷在洛伦兹力的作用下朝第四边34聚集；负电荷受到的洛伦兹力方向为朝向电极板3的第三边33，这样负电荷在洛伦兹力的作用下朝第三边33聚集，聚集起来的正电荷与负电荷之间会产生电场，电场方向为正电荷朝向负电荷，即电场线从第四边34指向第三边33，在电场力的作用下，正电荷受到的电场力方向为朝向电极板3的第三边33，负电荷受到的电场力方向为朝向电极板3的第四边34，等正负电荷各自受到的力平衡之后，此时正电荷和负电荷受到的洛伦兹力和电场力达到动态平衡，同时正负电荷也能顺利通过第一边31和第二边32穿过电极板3达到电源4负极输入端，此时第四边34上的正电荷与第三边33上的负电荷有个电势差，第四边34的电位高于第三边33的电位，ADC检测模块6显示检测第三边33到第四边34的电压差V小于零伏。进一步说，电极板3受到的向下的外力越大，则越靠近第二磁体2，电极板3受到的磁感应强度越大，检测到的电压值的绝对值|V|越大。

本实施例还提供一种加速度方向判断方法，外部运动产生的动能使得电极板3的位置能在外力作用下跟随受力方向移动，进而改变电极板3位于第一磁体1和第二磁体2之间的相对位置，以使电极板3上的磁感应强度的方向与强弱产生相应变化，从而判断出加速度的方向。如图4所示，在本实施例中，电极板3，到第一磁体1和第二磁体2的距离相等，弹性件100用于连接电极板3，以使电极板3在外力作用下能随受力方向进行移动，电压测试引脚A1和电压测试引脚A2用于连接外部ADC检测模块6以测试判断加速度方向，供电导线B1和供电导线B2用于连接电源4，用于为电极板3提供正负电荷，当电极板3在外力作用下随受力方向进行移动时，电极板3相对第一磁体1和第二磁体2之间的位置发生改变，以使电极板3上的磁感应强度的方向与强弱产生相应变化，进而通过外部ADC检测模块6判断出加速度的方向。

本发明所设计的加速度方向判断电路及方法，通过改变电极板上的磁感应强度方向与强度大小来判断加速度方向，具有体积小、成本低、功耗低等特点。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种加速度方向判断电路，用于判断电子设备运动加速度方向，包括第一磁体(1)、第二磁体(2)、电极板(3)、电源(4)、电阻(5)和ADC电压检测模块(6)，其特征是，所述第一磁体(1)和第二磁体(2)为物理性质一致的磁体，所述第一磁体(1)的N极与第二磁体(2)的N极相对设置，所述电极板(3)设于第一磁体(1)与第二磁体(2)之间，且电极板(3)与第一磁体(1)之间的距离和电极板(3)与第二磁体(2)之间距离相等，所述电源(4)正极输出端、电阻(5)、电极板(3)和电源(4)负极输入端串联形成回路，所述电极板(3)被设置为能在外力作用下跟随受力方向移动，所述电极板(3)在外力作用下跟随受力方向移动时，所述ADC电压检测模块(6)获取电极板(3)两端的电势差，以判断加速度方向。

2.根据权利要求1所述的加速度方向判断电路，其特征是，所述电极板(3)至少具有第一边(31)、第二边(32)、第三边(33)和第四边(34)，所述第一边(31)和第二边(32)相对设置，所述第三边(33)和第四边(34)相对设置，所述电源(4)正极输出端、电阻(5)、电极板(3)的第一边(31)、电极板(3)的第二边(32)和电源(4)负极输入端串联形成回路，所述ADC电压检测模块(6)用于获取电极板(3)第三边(33)和电极板(3)第四边(34)之间的电势差。

3.根据权利要求1或2所述的加速度方向判断电路，其特征是，所述电极板(3)采用半导体材料制成。

4.根据权利要求1所述的加速度方向判断电路，其特征是，所述电极板(3)的板面与第一磁体(1)的磁场方向和第二磁体(2)磁场方向呈垂直设置。

5.根据权利要求1所述的加速度方向判断电路，其特征是，所述电阻(5)为限流电阻(5)。

6.根据权利要求1所述的加速度方向判断电路，其特征是，设置有三组相同的加速度方向判断电路，加速度方向判断电路之间相互垂直设置，以获取X,Y,Z三轴方向上的加速度方向。

7.一种加速度方向判断方法，其特征是，外部运动产生的动能使得电极板(3)的位置能在外力作用下跟随受力方向移动，进而改变电极板(3)位于第一磁体(1)和第二磁体(2)之间的相对位置，以使电极板(3)上的磁感应强度的方向与强弱产生相应变化，从而判断出加速度的方向。