1、加速度计基础：什么是加速度计、工作原理（电容式/压电式）、关键性能指标（量程、灵敏度、零偏、噪声）
1.1 什么是加速度计？
加速度计，说白了就是测量物体运动加速度的传感器。你拿在手里，它能告诉你手机是平放还是竖着；装在汽车里，它能检测碰撞触发安全气囊；放在无人机上，它能感知飞行姿态。
我个人习惯把加速度计比作「一个带弹簧的小球」。你想想看，当你加速推这个小球时，弹簧会被压缩或拉伸，压缩量就对应了加速度的大小。当然，真正的MEMS加速度计里没有弹簧和小球，用的是微米级的硅结构。
我在项目中遇到过不少工程师把加速度计和陀螺仪搞混。这里说清楚：加速度计测的是线加速度（平移运动），陀螺仪测的是角速度（旋转运动）。两者经常配合使用，但原理完全不同。
1.2 工作原理：电容式 vs 压电式
目前主流的MEMS加速度计有两种工作方式：电容式和压电式。我分别讲讲。
1.2.1 电容式加速度计
这是最常用的方案。结构上，它有一个可移动的「质量块」，旁边固定着电极板。质量块和电极板之间形成电容。
当有加速度时，质量块会偏移，电容值就跟着变化。通过测量电容变化量，就能反推出加速度大小。
核心公式： ΔC ∝ a（电容变化量与加速度成正比）
实际电路中，电容变化量非常小（pF级别），需要专用的ASIC芯片来检测。
我的经验：电容式加速度计最大的优点是温漂小、稳定性好。我曾经在一个工业振动监测项目里，连续跑了三个月，零偏漂移不到0.5mg。但要注意，它对寄生电容非常敏感，PCB布局时一定要把走线尽量短。
1.2.2 压电式加速度计
压电式用的是压电材料（比如石英、陶瓷）。当加速度作用时，质量块挤压压电材料，材料表面会产生电荷。电荷量正比于加速度。
这种方案不需要外部电源就能产生信号，属于「自发电」类型。但缺点也很明显：
- 不能测静态加速度（比如重力）——因为电荷会泄漏
- 低频响应差，一般只适合10Hz以上的振动测量
- 温度影响大，需要补偿
避坑指南：我曾经有个客户，非要用压电式加速度计去测一个缓慢倾斜的平台的倾角。结果数据一直在漂，根本没法用。后来换成电容式的，问题就解决了。记住：测静态或准静态，选电容式；测高频振动，压电式更合适。
1.3 关键性能指标
选加速度计时，我一般先看这四个指标。嗯，顺序有讲究。
| 指标 | 定义 | 典型值 | 我的建议 |
|---|---|---|---|
| 量程 | 能测量的最大加速度范围 | ±2g ~ ±200g | 消费电子用±2g/±4g，工业用±16g以上 |
| 灵敏度 | 单位加速度对应的输出变化量 | 0.5~1000 mV/g | 量程越大，灵敏度通常越低 |
| 零偏 | 零加速度时的输出偏移 | ±10~±100 mg | 六面校准就是为了消除这个 |
| 噪声 | 输出信号中的随机波动 | 50~500 μg/√Hz | 直接影响角度分辨率 |
1.3.1 量程
量程决定了加速度计能测多「猛」的运动。手机里一般用±2g，因为日常使用加速度不会太大。但汽车碰撞测试要用±200g的，因为碰撞瞬间加速度能到上百个g。
我建议：选量程时留出30%~50%的余量。比如你预计最大加速度是10g，那就选±16g或±20g的传感器。别卡着边界选，否则信号削顶了都不知道。
1.3.2 灵敏度
灵敏度越高，同样加速度下输出信号越大。但高灵敏度往往意味着小量程。这是个trade-off。
举个例子：一个±2g的加速度计，灵敏度可能是1000 mV/g。而一个±200g的，可能只有10 mV/g。你想想看，如果拿后者去测1g的重力，输出才10mV，很容易被噪声淹没。
1.3.3 零偏
零偏是加速度计最让人头疼的问题之一。理想情况下，静止时输出应该是0g。但实际上，由于制造误差、封装应力、温度变化，输出总会有个偏移。
这个偏移就是零偏。它会导致你测倾角时，明明水平放置，读数却显示歪了几度。六面校准的核心目的之一，就是把这个零偏给算出来并扣掉。
零偏的单位：常用mg（1g = 1000mg）。一个10mg的零偏，在倾角测量中大约对应0.57°的误差。嗯，这个换算关系要记住。
1.3.4 噪声
噪声是加速度计的「底噪」。你把它放在绝对静止的桌面上，输出也不是一条直线，而是上下抖动的曲线。这个抖动就是噪声。
噪声指标通常用μg/√Hz表示。数值越小越好。我见过一些低端传感器，噪声大得离谱，静止时输出能跳±50mg，根本没法做精密倾角测量。
降噪技巧：如果噪声太大，可以加低通滤波器。但要注意，滤波会引入延迟。我在一个机器人平衡项目里，为了平衡噪声和实时性，最后选了10Hz的截止频率。效果还不错。
1.4 知识体系总览
下面这张图，把本章的核心内容串起来了。我建议你保存下来，后面学六面校准时会反复用到这些概念。
这张图里，左边是定义，中间是工作原理，右边是关键指标。你注意看，零偏和噪声这两个指标，在六面校准中是我们重点要处理的。量程和灵敏度则决定了传感器的选型范围。
好了，这一章就到这里。记住：加速度计不是完美的，它有零偏、有噪声、有各种误差。但别怕，后面我们会一步步教你怎么把这些误差校准掉。