加速规

加速规（英语：accelerometer），又称加速计、加速针、加速度传感器、重力加速度传感器等等，是一种测量物体固有加速度的设备。^[1]固有加速度是指物体相对于处于自由落体状态的观察者（即相对于惯性参考系）的加速度（速度的变化率, rate of change）。^[2]固有加速度与坐标加速度不同，坐标加速度是相对于给定坐标系的加速度，而坐标系可能在加速，也可能不在加速。举例来说，一个静止在地球表面的加速规，会测量出由于地球引力而直向上的加速度^[3]，约为g ≈ 9.81 m/s²。相比之下，处于自由下落状态的加速规所测量的加速度为零。

加速规在工业、消费性产品和科学领域有许多用途。高灵敏度加速规用于飞机和导弹的惯性导航系统。在无人航空载具中，加速规有助于稳定飞行。微机电系统 (MEMS) 加速计用于手持式电子设备，例如智能手机、相机和视频游戏控制器，以侦测这些设备的移动和方向。工业机械的震动则由加速规监测。地震仪是一种灵敏的加速规，用于监测地震等地面运动。

当两个或两个以上的加速规彼此协调时，它们可以量测在空间中的距离上的适当加速度差异，特别是重力，也就是重力场的梯度。重力梯度测量非常有用，因为绝对重力是一种微弱的效应，并且取决于当地的地球密度，而地球密度是相当多变的。

单轴加速规可沿着指定轴线测量加速度。多轴加速规同时侦测适当加速度的大小和方向，作为矢量量，通常以沿着不同轴定向的数个单轴加速规来实现。

物理原理

加速规测量固有加速度，这是它相对于自由落体所经历的加速度，也是人和物体所感受到的加速度^[2]。换句话说，在时空中的任何一点，等效原理保证了局部惯性系的存在，并且加速规测量相对于该惯性系的加速度。这种加速度通常称为G力^[4]；即与标准重力相比。

相对于地球表面静止的加速规会显示向上约1g的加速度，因为地球表面相对于当地惯性框架 (自由落下的物体在地球表面附近的框架) 施加向上的法向力。为了得到相对于地球的运动加速度，必须减去这个“重力偏移”，并修正地球相对于惯性框架的自转所造成的影响。

出现引力偏移的原因是爱因斯坦的等效原理^[5]，该原理指出引力对物体的影响与加速度是无法区分的。当透过例如施加地面反作用力或等效的向上推力，将加速规固定在重力场中时，加速规的参考系 (其本身的外壳) 会相对于自由下落的参考系向上加速。

加速规种类多样，其常用的作用原理有压电效应、压阻效应、电容式感应等。

应用

加速规的应用之一是测量重力，特别是使用于重量测定法的加速规上，这样的设备称为重力计。
和许多其它科学与工程系统一样，加速规与陀螺仪一同使用于惯性导引系统中。MEMS（微机电系统）加速规最常见于现代汽车的安全气囊系统上，以侦测碰撞发生时车辆突然的减速度。
加速规可能是最简单的MEMS设备，有时只由一个悬臂和一个重锤组成，利用挠曲和电路来测量加速度。MEMS加速规可以测量几千个G的幅度，单轴、二轴、三轴都可以。
加速规的广泛使用使得自动化工业大幅降低成本。
将加速规运用在定位的估算上的研究也正在进行。全球定位系统（简称“GPS”）必须接收到卫星信号才能使用，如果设备进到坑道内，就可以利用加速规来推断位置。
加速规也可以应用在货物运送中，常见于木箱或纸箱外黏贴的一个设备冲击指示器，可以侦测运输中碰撞发生对货物产生的加速度G。^[6]

参看

参考文献

^ Tinder, Richard F. Relativistic Flight Mechanics and Space Travel: A Primer for Students, Engineers and Scientists. Morgan & Claypool Publishers. 2007: 33. ISBN 978-1-59829-130-8. Extract of page 33
^ ^2.0 ^2.1 Rindler, W. Essential Relativity: Special, General, and Cosmological illustrated. Springer. 2013: 61. ISBN 978-1-4757-1135-6. Extract of page 61
^ Corke, Peter. Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms In MATLAB second, completely revised, extended and updated. Springer. 2017: 83. ISBN 978-3-319-54413-7. Extract of page 83
^ Einstein, Albert. 20. Relativity: The Special and General Theory. New York: Henry Holt. 1920: 168. ISBN 978-1-58734-092-5.
^ Penrose, Roger. 17.4 The Principle of Equivalence. The Road to Reality. New York: Knopf. 2005: 393–394 [2004]. ISBN 978-0-470-08578-3.
^ 撞击原理（页面存档备份，存于互联网档案馆），YouTube。

外部链接

Trends in accelerometer design
Analog devices application note: Accelerometer Design and Applications（页面存档备份，存于互联网档案馆）
3D MEMS Technology（页面存档备份，存于互联网档案馆）
Beginner's guide to accelerometers（页面存档备份，存于互联网档案馆）

[Tinder-1] Tinder, Richard F. Relativistic Flight Mechanics and Space Travel: A Primer for Students, Engineers and Scientists. Morgan & Claypool Publishers. 2007: 33. ISBN 978-1-59829-130-8. Extract of page 33

[Rindler-2] 2.0 ^2.1 Rindler, W. Essential Relativity: Special, General, and Cosmological illustrated. Springer. 2013: 61. ISBN 978-1-4757-1135-6. Extract of page 61

[3] Corke, Peter. Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms In MATLAB second, completely revised, extended and updated. Springer. 2017: 83. ISBN 978-3-319-54413-7. Extract of page 83

[4] Einstein, Albert. 20. Relativity: The Special and General Theory. New York: Henry Holt. 1920: 168. ISBN 978-1-58734-092-5.

[5] Penrose, Roger. 17.4 The Principle of Equivalence. The Road to Reality. New York: Knopf. 2005: 393–394 [2004]. ISBN 978-0-470-08578-3.

[6] 撞击原理（页面存档备份，存于互联网档案馆），YouTube。

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]