1. 绪论
   1. 研究背景

传感器作为一种检测装置，能够探测到人体难以感知的信息，并将其转化为电信号或者其他所需形式的信号，来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录、及控制等要求为了适用各种场合，人们已经设计出各种各样的传感器以满足需求。其中六加速度传感器是能够检测加速度（包括物体的平移和转动）并且输出信号的传感器。

六维加速度传感技术是实现物体三维空间运动相对于参考惯性坐标系的三维线加速度和三维角加速度的传感和测量的多维运动传感技术。随着六维加速度传感技术的迅猛发展，六维加速度传感技术在工业自动化控制、交通运输工具、导航制导设备、机器人控制系统、医疗保健设备、互动娱乐设备、航天航空、地震预测装置和军事等领域有着广泛的需求和运用。目前六维加速度传感器还处于探索阶段。为了更加方便显示与记录六维加速度传感器的传感信号，需要设计一个虚拟仪器，可以实时检测线加速度和角加速度的变化。

• 1. 设计的目的

为了实时显示与记录传感器的传感信号，并且通过计算机的数据处理将收集到的信号以图像的形式实时显示出来，如图示1.1所示。由此需要用Labview设计六维加速度传感器的虚拟仪器。

图示1.1

1.3 国内外研究现状

从检索到的文献来看，国内外现有六维加速度传感方案包括基于单一惯性质量块-弹簧-阻尼系统和基于多个单轴加速度传感器的集成系统两类，前者是通过感知由弹簧和阻尼单元连接在壳体上的惯性质量块相对壳体的位移或弹簧的变形实现六维加速度的测量，后者通过解算按特定位置和姿态固定在刚体上的多个单轴加速度传感器的输出得到六维加速度。

California大学的Chin-woo Tan等人成功研制出基于六维加速度计组合的立方块式六维加速度传感器原理样机。如图1.3.1所示，这是一种无陀螺捷联惯导系统，六个加速度计分别安装在立方块六个平面的中心，其敏感轴沿各自安装平面的对角方向，立方块刚体固定在载体上，感应载体相对于惯性参考系的六维速度信息。每个加速度计都是一个弹簧-质量系统，输出所在位置处沿敏感方向的线加速度值。为了实现六维加速度的解耦，构建了两个解耦方程，其中一个是关于转动参量的状态方程，另一个是关于平动参量的代数方程。

图示1.3.1

一种基于Stewart平台的六维加速度传感器由北京邮电大学的于春站等人提出，如图1.3.2所示，传感器的弹性元件为一种改进的Stewart平台，敏感元件是粘贴六根弹性连接杆上的应变片。在忽略惯性质量块相对于平台变形的前提下，建立了六个惠斯通电桥输出电压值与作用质量块上广义惯性力之间的线性关系，并运用牛顿第二定律将广义惯性力转换成六维加速度，进而推导出传感器的加速度雅可比矩阵。这类传感器优点在于测量静态或者准静态下的六维加速度，缺点是量程和工作频带较小。