加速規是什麼？基本定義與用途說明

加速規（Accelerometer）是一種能 測量物體加速度 的感測裝置。所謂加速度，是指物體速度隨時間變化的速率，包括方向和大小。值得注意的是，加速規測得的是物體相對於自由落體狀態的固有加速度，因此即使靜止在地面上也會因地球引力而讀出約1個重力加速度（1 g，約9.81 m/s²）的數值。換言之，加速規不僅能感應運動變化，連靜止時所受到的重力加速度也會反映在讀數上。例如將加速規放在桌上朝上靜置，它會顯示約1 g向上的加速度值，這就是因為地面支撐力抵抗了重力作用所致。在實務應用中，我們常利用這點來校準感測器或測量傾斜角度。 加速規廣泛應用於各行各業及日常裝置中，是現代感測器技術的重要一環。例如，在智慧型手機、平板電腦、相機及電玩控制器內，就內建了微型的加速規感測器，用來偵測裝置的移動與方向變化。當您轉動手機時，加速規會感應重力方向的改變，讓螢幕畫面自動從直向切換為橫向。汽車安全系統也是加速規的重要舞台：現代車輛的防撞安全氣囊控制模組內，就使用加速規來偵測瞬間的劇烈減速度，及時判斷碰撞發生並引爆氣囊。此外，加速規與陀螺儀等裝置結合，可組成慣性導航系統，在飛機、導彈和無人載具上量測飛行姿態與加速度，用於導航與控制。工業上，加速規是監測機械設備振動狀態的常用感測器；工程師將加速規安裝在馬達、齒輪箱等機械上，量測其振動頻譜以進行故障診斷和預知維護。甚至在地震監測領域，強震儀其實也是一種高靈敏度的加速規，用於偵測地面微弱的加速度變化。從日常3C產品到航太國防、從汽車工業到土木建築，加速規的應用無所不在，這也凸顯了我們了解「加速規是什麼」的重要性。 總而言之，加速規是一種感測器核心技術元件，能將物體受到的加速度轉換為電信號供我們讀取與分析。透過加速規，我們可以量測加速度、震動、傾斜角度甚至重力等資訊，是現代各類智慧裝置與自動化系統中不可或缺的關鍵元件。了解加速規的定義與用途，有助於我們進一步掌握感測器技術的核心概念，為後續深入探討其原理與應用奠定基礎。 加速規的運作原理通常可視為一個「質量–彈簧–阻尼系統」。當裝置受到加速度時，內部的微小質量塊會因慣性產生相對位移，我們再透過機械結構變形量轉換成電信號輸出舉例而言，在傳統壓電式加速規中，加速度使質量塊壓迫壓電材料產生電荷變化，透過測量電荷或電壓變化即可得知加速度大小。這種設計透過機電轉換，將物理運動轉為可讀取的電子訊號，是各類加速規的核心原理。隨著製造技術進步，如今大多數小型化加速規採用MEMS（微機電系統）技術製造，其內部結構直接在晶片上微縮實現，使感測器體積大幅縮小且成本降低。 MEMS加速規的技術原理可以依據感測機制的不同進一步分類。常見的作用原理包括壓電效應、壓阻效應以及電容感應等類型。 壓電式加速規：利用壓電材料（如石英或壓電陶瓷）的特性，當材料受到機械應力（來自質量塊的慣性力）時會產生電荷。透過測量電荷累積或電壓變化來得知加速度值。傳統壓電式加速規通常只能測量動態加速度（AC訊號），對於**靜態的加速度（0 Hz，例如重力）**反應有限，因為持續施加的力會因材料漏電而無法長期保持電荷。但壓電式具有頻寬寬、反應速度快和耐用等優點，長期以來是工業振動測試中的黃金標準之一。 壓阻式加速規：壓阻式採用應變計（strain gauge）作為感測元件。當質量塊受加速度作用產生位移時，連接的彈性樑會形變，附著其上的壓敏電阻阻值隨之改變壓阻式原理實質上利用牛頓第二定律F=ma：透過量測彈性樑因慣性力F產生的應變，間接推算加速度。壓阻式加速規可測得靜態和動態加速度，常用於汽車碰撞偵測等場合（如安全氣囊觸發感測器），因為它在瞬間大加速度（幾百 g）的衝擊下仍可給出明確的電阻變化信號。相對地，壓阻式的靈敏度和溫度穩定性需要精細補償，但借助MEMS技術已能將完整電橋電路集成於矽晶片上，達成小型化與批量生產。 電容式加速規：這是目前MEMS加速規最常見的型式之一。其結構通常由可移動的微小質量（電極）與固定電極板組成一對或多對電容。當加速度使質量位移時，電容極板間距改變，導致電容值發生變化。我們透過測量電容變化量即可換算出加速度大小。電容式加速規具有電路結構簡單、功耗低及可量測直流至低頻加速度的優點，非常適合手持裝置和長時間傾斜監測。例如智慧型手機內的三軸MEMS加速規，大多採用電容式原理，能即時偵測手機各軸向上的靜態重力分量和動態運動，加上電路補償後輸出數位信號供處理。電容式加速規普遍具備靈敏度高、輸出穩定、溫漂小等特性，在0～數百Hz的頻率範圍內表現良好。由於採用MEMS工藝，這類感測器體積微小且成本低廉，因而廣泛應用於工業與消費性領域。 上述幾種型式各有特色：壓電式適合高頻振動和大加速度量測，但無法感應靜態加速度；壓阻式和電容式可測量包括重力在內的低頻/直流加速度，更適合偵測傾斜或緩慢運動。然而電容與壓阻MEMS初期曾面臨雜訊和頻寬上的挑戰，經過不斷改良，如今高性能的MEMS加速規已能測得幾乎與壓電式相媲美的振動訊號範圍。除了上述原理外，還有伺服力平衡式加速規（又稱力回授型），利用電磁線圈對質量施加反作用力使其保持平衡，透過所需反饋力的大小計算加速度，常見於高精度航態參考系統或地震儀中。另有共振式加速規等特殊型式，利用加速度引起的結構振動頻率改變來測量，但應用相對少見。 值得一提的是，現代加速規多為多軸整合。所謂三軸加速規即在單一晶片內部署三個互相垂直的感測軸，能同時測量X、Y、Z三個方向的加速度大小。這使得裝置可以捕捉全方位的運動資訊，而不需安裝多個單軸感測器。在MEMS技術成熟下，三軸加速規已成為標準規格，例如智慧手機、遊戲手把或穿戴式裝置內的加速規幾乎皆為三軸設計。另外，部分三軸加速規內還整合了溫度感測、訊號放大/濾波電路，甚至ADC數位轉換介面，形成一體化的感測模組。這些微型高整合度的MEMS加速規裝置，體現了當代感測器技術的高度發展。 綜上所述，MEMS加速規以質量-彈簧系統為基礎原理，透過不同機電轉換機制（壓電、壓阻、電容等）達成加速度測量。依據應用需求的不同，我們可以選擇合適類型的加速規：需要量測高頻振動衝擊時可考慮壓電式，需要偵測傾斜或低頻運動時則傾向選用電容或壓阻式MEMS加速規。了解這些技術原理與分類，有助於工程師針對不同應用情境做出最佳選擇，也讓我們更深入掌握加速規在感測器技術中的核心地位。 加速規的應用範圍非常廣泛，幾乎涵蓋了從日常生活裝置到各種專業領域。在此，我們按照不同場景，解析加速規發揮作用的方式與價值： 消費性電子產品：智慧型手機是加速規應用的經典案例。手機內建的三軸加速規可感知裝置的傾斜與運動，用於自動旋轉螢幕、計步、搖一搖觸發指令等功能。例如當用戶將手機由直立轉為橫放時，加速規偵測到重力加速度方向的改變，系統隨即調整畫面顯示方向。同樣地，平板、筆電中也有加速規來感測跌落（某些筆電在偵測到自由落體時會保護硬碟）。電子遊戲領域，像是Nintendo Wii控制器、智慧手機遊戲，都利用加速規捕捉使用者的揮動或晃動動作，提供體感操控的互動體驗。穿戴式裝置方面，加速規是運動手環、智慧手錶中的核心感測器，協助紀錄步數、計算卡路里、監測睡眠翻身次數，甚至偵測跌倒事件等。總之，在日常3C產品中，加速規讓裝置能「感知」使用者的動作，大大提升了人機互動的智慧化程度。 汽車與交通：加速規在汽車系統中扮演多重角色，最廣為人知的應用即是安全氣囊部署。車輛發生碰撞的一瞬間，安裝於車身的加速規會偵測到劇烈的負加速度（減速度），如果超過安全閾值便迅速觸發氣囊充氣。除了氣囊外，汽車的防鎖死煞車系統（ABS）、循跡防滑系統（ASR/TCS）、電子車身穩定系統（ESC）等，也可能使用加速度感測器來監控車輛的加減速情形，配合陀螺儀輸出的角速度資訊綜合判斷車身動態，以維持行車穩定。運輸領域中，加速規還應用在列車傾斜偵測（如高速列車過彎時感測傾角），以及物流運輸監控上：很多精密儀器或易碎物品的貨箱外會貼附衝擊指示器，內含一次性加速規，當運輸過程中受到超限衝擊時指示器會變色或記錄，以提示收貨方有無劇烈碰撞發生。在航空航太領域，加速規更是慣性導航系統的主角之一，與陀螺儀共同感測飛機或飛彈在三維空間中的運動狀態例如飛機上的加速規量測線加速度、陀螺儀量測角速度，配合演算法能計算出飛行器的速度、姿態和位置，用於導航控制。總而言之，在交通運輸領域，加速規提供了對加速度量測的即時反饋，保障行車與運輸安全，並提升導航的精度。 機械設備與工業監控：在工業環境中，振動監測是機械設備維護的重要手段，而加速規正是量測振動的利器。將加速規安裝在馬達軸承座、渦輪機殼體或各種旋轉機械上，能實時感測其振動加速度信號。由於加速規對高頻振動特別敏感，且透過對加速度信號進行積分可以得到速度和位移，因此非常適合進行設備狀態監測例如預知保養系統會定期記錄設備振動譜，若發現某些頻率成分的加速度幅值異常升高，可能意味著軸承磨損、轉子不平衡或齒輪損壞等狀況。維護人員據此可提前檢修更換，避免故障擴大。加速規也用於結構健康監測，如橋樑大樓裝設高靈敏度加速規，長期監測結構的微振動特性變化，以評估結構安全。另一個典型應用是地震監測，強震加速度計能在地震發生時錄下地面各方向的加速度時程，為工程師提供震度分佈和結構反應分析的重要依據。因此，在工業與土木工程領域，加速規扮演著機械醫生和結構守護者的角色，其提供的振動數據是維持系統安全運轉的關鍵資訊來源。 醫療與科學研究：加速規在醫療器材與生命科學上也發揮巧妙功能。例如起搏器內建微小加速規，可感測患者活動量並據此調整心律輸出。物理治療領域，復健裝置中的加速規用於監控患者肢體運動幅度與速度，協助評估康復進展。醫學研究人員則常用加速規記錄實驗對象的運動狀態，例如分析老人步態穩定性（用穿戴式加速規監測行走時的加速度變化），判斷跌倒風險等。另在運動科學中，運動員穿戴的感測裝置含有加速規，可以量化訓練時的加速度衝擊（如跑步時腳部承受的加速度）、跳躍高度估計等，提供科學化的訓練數據。甚至在太空科學中，加速規被用於衛星或太空船內部，偵測微重力環境下的微小加速度變化，用來研究流體在失重狀態下的運動或太空人生理反應等。有些高靈敏度的加速規還被用於重力測量（gravimetry），侦測地球不同地點的重力微小差異，協助地質勘探和地球科學研究。 歸納而言，加速規的應用場景涵蓋面極廣，從我們手上的智慧裝置、行車乘坐的交通工具、工廠運轉的機械設備，到科學家探索地球與宇宙奧秘的實驗儀器，都能見到加速規的身影。這些感測器為各領域提供了關鍵的加速度量測資訊：它們讓電子裝置更加智慧便利，讓交通與工業系統更加安全可靠，也讓我們得以更深入地觀察分析各種物理現象。在未來，隨著感測器技術的進一步發展，加速規勢必會出現在更多新興應用中，不斷拓展其價值版圖。 在慣性感測器家族中，加速規並非孤軍奮戰；常與之相提並論的是陀螺儀（Gyroscope）以及其他相關感測器。了解加速規與這些感測器的差異，有助於我們正確選用合適的感測方案並解讀感測數據。以下將加速規與陀螺儀為主進行比較，並簡述其與其他感測器的不同： 1. 與陀螺儀的測量量比較：加速規量測的是線加速度，包括物體沿特定軸線方向上的加速或減速，以及靜止時所受的重力加速度。而陀螺儀測量的則是角速度，也就是物體繞著某軸旋轉的速度。兩者看似接近，實則捕捉的是截然不同的運動資訊：加速規無法直接偵測純粹的旋轉（因為物體做等速圓周運動時線加速度可能為零，但角速度不為零），而陀螺儀則無法感應純平移加速。此外，加速規可以感知物體相對慣性空間的加速度變化，而陀螺儀感知的是物體姿態角度的變化。以智慧型手機為例，加速規可判斷手機朝向和傾斜角度（因為靜止時重力方向相對於手機改變即意味著手機翻轉傾斜）；但若手機水平旋轉一周（如指南針指向改變方向），加速規可能讀不出顯著變化，這時需要陀螺儀來感測這種水平方向的旋轉運動。 2. 與陀螺儀的應用差異：由於測得的物理量不同，加速規與陀螺儀各自在不同應用場景中擔任要角。加速規主要用於偵測直線運動和傾斜。在汽車領域，加速規負責碰撞偵測（如前述安全氣囊系統）、車輛加減速狀態監控等。在手機等消費性裝置中，加速規則用於偵測裝置的方向朝向及移動，加強人機互動體驗。相較之下，陀螺儀擅長捕捉旋轉與姿態改變。例如飛行器和航太器廣泛採用陀螺儀進行姿態控制和導航；在虛擬實境（VR）與動作捕捉設備中，三軸陀螺儀能即時追蹤使用者頭部或肢體的轉動，提供更精準的沉浸式體驗。因此，加速規與陀螺儀常被視為互補關係——前者告訴我們“往哪個方向加速”，後者則告訴我們“繞哪個軸轉動”。 3. 精度和誤差表現：加速規與陀螺儀在使用中各自有誤差特性。一般而言，陀螺儀對瞬間角速度變化的反應速度較快，因此在偵測快速轉向、旋轉動作時非常靈敏，短期精度高。然而陀螺儀有個缺點：長時間使用下容易產生累積誤差（漂移）。也就是說，若單靠陀螺儀持續整合角速度來計算角度，時間一長可能因微小誤差累積而導致姿態飄移。加速規則在短時間內對加速度改變也有良好響應，但其輸出容易受到重力等直流誤差項影響。例如使用加速規計算移動距離時，必須兩次積分加速度數據，任何微小的零偏誤差都會隨時間積分導致位置估計嚴重失準。因此，加速規在長時間測量中同樣會累積誤差（特別是計算速度或位移時）。不同的是，加速規的誤差主要來自偏移與雜訊，而陀螺儀則是漂移問題突出。另外，加速規在有重力存在時要區分動態加速度與重力加速度，需要進一步的訊號處理，這也可視為一種誤差（或干擾）來源。 4. 感測器融合與互補：由於加速規與陀螺儀各有優缺點，現代很多裝置採取多感測器融合的方案來取長補短例如智慧型手機、無人機中常見的IMU（慣性量測單元），就同時包含三軸加速規和三軸陀螺儀，有時還加上三軸磁力計。透過演算法融合，加速規可提供長期穩定的參考（校正陀螺儀的漂移），而陀螺儀提供短期快速變化的細節（補足加速規在動態中的遲鈍），磁力計則提供絕對方向參考（校正水平面旋轉角）。三者結合使裝置能精確追蹤自身的姿態和運動軌跡在先進駕駛輔助系統（ADAS）、虛擬實境裝置、導航定位等應用中，感測器融合技術已成為標配。例如，無人車的導航系統會綜合GPS、三軸加速規、三軸陀螺儀的資訊，即使短暫失去GPS信號，仍可藉由加速規和陀螺儀推算出一段時間內車輛的相對位置變化。 5. 其他感測器比較：除了陀螺儀，常跟加速規配合或混淆的感測器還有傾斜計和磁強計等。傾斜計（又稱傾角傳感器）專門測量相對於重力方向的傾斜角度，有些是利用液態氣泡水平儀原理，另一些乾脆就是利用靜態加速規讀取重力分量來計算角度。實際上，三軸加速規靜止時輸出的三軸數值經計算即可得到裝置相對鉛直方向的傾角，因此加速規本身就能充當傾斜計使用。然而傾斜計通常在設計上針對靜態精度做最佳化，響應速度較慢，不適合測量劇烈運動。磁強計（電子羅盤）則測量地磁場向量，用於判斷裝置朝向的絕對方位（如指南針定北）。加速規無法提供方位角資訊，但磁強計在水平放置時可指示北方。然而磁強計易受周圍磁場干擾且反應較慢，故在快速轉向時常配合陀螺儀使用（典型例子是手機電子羅盤同時使用加速規+陀螺儀+磁力計融合）。另外，在振動監測領域，加速規有時與速度計或位移感測器比較：速度計直接測量振動速度（如磁電式速度傳感器），而加速規測加速度但可透過積分得到速度訊號；兩者在高頻響應和低頻雜訊表現上各有優劣，但隨著MEMS加速規性能提升和數位訊號處理進步，加速規往往能以軟體手段勝任多種測量需求。 綜合來看，加速規與其他感測器各司其職：加速規捕捉線性運動與靜態傾斜，陀螺儀侦測旋轉動態，磁強計提供方向參考，而傾斜計等在特定條件下與加速規功能重疊。隨著技術進步，越來越多的裝置採用多種感測器融合方案，充分利用每種感測器的優點，使系統對運動姿態的感知既快速又準確。對使用者來說，了解加速規與其他感測器的差異，可以幫助我們更好地理解所收集數據的意義，也能在設計選用感測器時做出更明智的判斷。 面對琳瑯滿目的加速規產品型號，如何為特定應用選擇最適合的感測器，是許多工程師和採購人員關心的問題。加速規選型需要考量多種參數規格，權衡裝置性能和應用需求。 量測範圍（量程）與靈敏度：量測範圍（Measurement Range）指加速規可線性測量的加速度區間，一般以±多少 g表示（例如±2 g、±50 g、±500 g等）。量程決定了能感應的最大加速度：若施加加速度超出量程，感測器會飽和剪裁，無法正確輸出。同時，量程與靈敏度密切相關：通常量程越小則靈敏度越高，反之亦然。舉例而言，一顆量程±2 g的加速規典型靈敏度可能在數百 mV/g，而量程±250 g的產品靈敏度可能僅幾 mV/g。因此，選型時應根據應用中預期的加速度大小來選擇適當量程，確保既不過飽和又有足夠解析度。例如，微弱震動監測（如建築物晃動）應選低量程高靈敏度器件，而強烈衝擊測試（如撞擊實驗）需選擇高量程的加速規。在撞擊測試中，碰撞瞬間加速度常達數十 g甚至更高，此時宜選500 g甚至以上量程的加速規，以免超出範圍。整體而言，量測範圍是加速規選型的首要考量之一，務必與實際加速度水平相匹配。 頻率響應與頻寬：頻率響應描述加速規對不同頻率加速度訊號的靈敏程度。頻寬則定義了感測器在規定誤差範圍內可有效測量的頻率範圍（一般指-3 dB頻率點上下限）。加速規的頻寬取決於其內部機械結構和信號處理電路，壓電式加速規通常可達數千Hz甚至更高，高頻性能優異；MEMS加速規頻寬視設計而定，典型值從幾百Hz到1~2kHz都有。選型時需考慮應用中的信號頻率內容。例如，機械旋轉設備的振動通常集中在幾Hz到幾百Hz，以監測這類設備選用頻寬0～500 Hz的加速規即可滿足需求。而對於高速電機或精細結構（如機械加工主軸，高頻振動上看數kHz），則需要選擇高頻寬（甚至10 kHz以上）的小型壓電加速規。值得一提的是，有些加速規會標示共振頻率，代表內部結構的固有共振點，在該頻率附近輸出會失真放大，所以一般有效頻寬應遠低於共振頻。良好的加速規在宣稱頻寬內應保持平坦線性響應（±5%或±3dB內）。總之，務必根據應測對象的頻譜特性，確保選定加速規的頻率響應涵蓋所有關鍵頻段且性能穩定。 解析度與雜訊：解析度指加速規所能分辨的最小加速度變化，也可理解為感測器的本底雜訊水平。解析度越高，代表感測器能偵測的微小振動/加速度越細微。通常解析度以雜訊密度（noise density，μg/√Hz）或有效輸出解析度表示，包含了電子電路噪聲和機械熱噪聲等。解析度和量程存在一定權衡關係：設計上若追求更高解析度（低噪聲），往往需要降低量程或加強阻尼，使對微小變化更敏感；反之提高量程通常會帶來較高雜訊底限這有點類似「磅秤與天平」的比喻：人體秤量程大，可量測0100公斤但最小刻度可能0.1公斤；而藥品天平量程小（比如0500克）卻可解析到0.01克的細微變化因此，在選型時應根據所需的精度要求決定解析度水準。如果要監測極低振動（如精密實驗室環境振動）或微重力變化，需採用超低雜訊的加速規；而一般設備狀態監測只需解析到幾十mg等級即可滿足需求。在資料表上，可比較不同型號的RMS雜訊、最低可分辨加速度等參數。通常壓電式加速規在高頻大振幅時雜訊低而解析度佳，但在低頻下MEMS加速規的低噪聲優勢會比較明顯總之，選擇解析度時需平衡應用所需的最小偵測加速度與量程範圍，並留意不同感測技術的噪聲特性差異。 動態範圍：動態範圍是指加速規可以同時覆蓋的最小有效信號與最大不失真信號之比值（通常以dB表示）。它綜合了量程與噪聲兩方面。如果一顆加速規量程大但噪聲也大，可能導致小訊號淹沒在噪聲中；反之噪聲極低但量程過窄，無法測到大的事件。因此應根據應用所需，同時考量強震和微振兩端。很多規格表不直接標示動態範圍，但我們可從滿量程輸出與底噪聲計算得出。一般來說，壓電式在中高振幅振動的動態範圍極佳，而高品質MEMS在微弱訊號處有優勢。對於需要兼顧大衝擊又關注小震動的場合（例如機械手臂運動平順性評估），可能需要取捨或以兩種不同量程感測器並用。 溫度範圍與溫度特性：環境溫度會影響加速規的輸出零點和靈敏度，因此需留意其工作溫度範圍以及溫度漂移規格。一般工業級MEMS加速規可在-40～85℃範圍正常工作，軍規或特殊型可擴展至-55～125℃。壓電式加速規方面，多數內建放大器（IEPE型）的上限在120℃左右，如果需要更高溫（如發動機環境150～200℃），可能選擇電荷輸出型配合耐高溫電纜。選型時應確認感測器的溫度範圍涵蓋應用場景。此外，要關注溫度靈敏度漂移（Sensitivity Temp. Coefficient）和零點偏移漂移。有些加速規標榜低溫漂設計，如採用特殊補償或材料，使靈敏度隨溫度變化很小在精密測量或環境溫差大的應用（如戶外設備、航太器），低溫漂是重要考量。若一般應用溫度變化不大，則標準溫規器件即可。此外還有溫度校正問題：有的產品附帶溫度感測可在軟體上進行校正，提高不同溫度下輸出一致性。 尺寸、安裝方式與重量：加速規的外形尺寸和重量也可能影響應用。尺寸決定了能否安裝在有限的空間內，如穿戴裝置要求感測器非常微小，而工業振動監測則允許較大尺寸的堅固外殼。重量則在振動測試中特別重要：過重的加速規安裝在輕巧結構上，可能改變該結構的動態行為（質量負載效應）根據牛頓第二定律，若在物體上附加一個質量m的感測器，該系統的等效質量變為M+m，受到相同外力時加速度A’將低於原先的A因此，高精度振動量測通常使用質量輕的加速規，以減少對被測物的影響。在選型時，需檢視感測器重量與被測物質量的比例，以及感測器外型是否方便安裝在目標位置。此外，加速規有上出線與側出線等接線方式，要根據空間決定選用，以確保安裝後走線方便且不影響測量方向。對某些高速旋轉設備，也會關注加速規的外形對氣流或平衡的影響。一般來說，在不影響性能的前提下，體積更小、重量更輕的加速規在應用上更具彈性。 訊號輸出型式：不同加速規的輸出方式有所差異，這也影響選用與後續電路介接。傳統壓電式加速規的電荷輸出型需要高阻抗電荷放大器讀取，後續電子較複雜；現代常用的IEPE型內建了前置放大電路，可用簡單兩線供電讀出電壓信號，更為方便。MEMS加速規大多輸出電壓或電流類比訊號，也有內建ADC直接提供數位介面（如SPI、I²C）輸出的產品。選型時要考慮系統對接收信號型態的要求：如果已有ADC可讀取電壓，那模擬輸出型即可；如果希望減少雜訊干擾和校正誤差，直接挑選數位輸出型會更省事。還需注意的是，某些加速規具備差動輸出、4-20 mA工業環路等特殊形式，要確保與現有儀器或資料擷取系統相容。 可靠性與其他：最後，針對特殊應用還要考量一些附加因素。例如，加速規的耐衝擊限值（shock limit）須高於預期最大衝擊，避免損壞感測器。密封防護等級（IP等級）在戶外或潮濕環境非常重要。本質安全認證在礦井、化工等防爆場合需要關注。有些高階加速規還提供自我測試功能，通電後能自檢輸出以確認感測軸工作正常，這在航空等安全關鍵系統很實用。不同製造商的產品在穩定性、一致性方面也有差異，知名品牌通常有更嚴格的校準和品質控制。綜合這些因素，在選型時應充分閱讀產品規格書，必要時諮詢供應商的應用工程師，以確保所選加速規適合預期用途並滿足所有技術要求。 綜言之，選擇加速規時應抓住關鍵參數：量程、頻寬決定了能測多強、多少範圍的信號；解析度、雜訊決定了能測多微弱的變化；而環境適應性（溫度、尺寸、安裝）和輸出介面決定了能否順利整合至系統。採購時不妨將需求列表與候選感測器規格逐項比對，並在可能的情況下進行實地測試評估。透過上述步驟，您將更有信心地找到最適合的加速規，為您的應用提供可靠且精確的加速度感測解決方案。 取得加速規的測量數據後，如何正確解析並加以利用，是將感測轉化為實際價值的關鍵一步。加速規輸出通常包含三軸加速度分量（對於三軸感測器），我們需要針對應用目標來處理這些原始數據，使其轉化為有意義的物理資訊。以下說明幾種常見情境下，加速規資料的解讀與應用方法： 1. 靜態傾斜與姿態計算：當加速規處於靜止或緩慢移動時，其輸出主要反映重力加速度在各軸上的投影。透過這些數值可以推算裝置相對於垂直方向的傾斜角。例如，將手機平放桌面時，Z軸加速規讀數約為+1 g（垂直向上），X、Y軸約為0；若將手機向某一側傾斜45°，則X軸與Z軸各會讀到約0.707 g（因重力向量在兩軸上分解）。利用三軸加速度值可以計算俯仰角（pitch）和翻滾角（roll）：θ=arctan⁡XY2+Z2,ϕ=arctan⁡YX2+Z2\theta = \arctan\frac{X}{\sqrt{Y^2+Z^2}}, \quad \phi = \arctan\frac{Y}{\sqrt{X^2+Z^2}}θ=arctanY2+Z2​X​,ϕ=arctanX2+Z2​Y​（不同定義可能略有差異），從而得知物體相對水平面的傾斜程度。需要注意的是，由於加速規無法分辨重力與等效加速度（例如電梯加速上升時，加速規靜置也會多測出一部分“重力”），在做姿態計算時一般假設感測器處於靜態或準靜態狀態。如果裝置有明顯運動（如震動或加/減速），則加速規輸出將同時包含運動加速度與重力，很難直接得出準確傾角。實務上，常採用低通濾波的方式提取加速規信號中的重力成分，以計算姿態；而高頻部分則視為動態運動成分，分離開來。總之，靜態傾斜測量是加速規的一項重要應用，廣泛用於電子羅盤校正、攝影裝置水平儀、機器人姿態估計等。 2. 動態運動與振動分析：加速規最直接的用途就是測量物體的線性運動變化。例如，在汽車測試中記錄加速規縱向輸出，可以得到車輛的加速性能（0-100 km/h加速時間等）；在運動科學中，運動員腳踝處的加速規能繪出跑步時每一步的加速度波形，用於分析步態衝擊力。對於這類時間域分析，通常需要對原始加速度資料進行一些預處理，例如濾除雜訊（可用移動平均或低通濾波平滑數據），扣除靜態偏移（例如先在靜止時記錄偏移值作為零點校正），等等。取得乾淨的加速度-時間曲線後，可以計算某些指標：如峰值加速度（peak g，衡量最大衝擊強度）、均方根值（RMS，加權表示振動能量）、頻譜分析等。尤其在振動監測中，常對加速規數據做傅里葉轉換得到頻譜，以識別振動的主要頻率成分，判斷故障類型。舉例來說，馬達軸承磨損會在加速度頻譜中產生特定的倍頻特徵，工程師可透過分析頻譜診斷問題。值得注意的是，加速規數據的頻率響應如果不夠（例如加速規頻寬低於某些故障頻率），那相應成分將無法被測得。因此在解析數據時也需了解感測器的頻率特性，才能區分資料中信號與偽影。 3. 加速度積分計算速度/位移：理論上，加速度對時間積分一次可得速度、積分兩次可得位移。然而在實務中直接積分加速規數據會遇到漂移問題。這是因為加速規輸出往往存在微小的偏移誤差（零偏不為零），經積分後誤差會隨時間累積，導致計算出的速度、位移嚴重偏離真值。例如，若加速規有0.01 g的零點誤差，看似很小但經過兩次積分後，幾秒鐘就可能積累數公分的虛假位移。因此，一般不建議長時間純靠積分加速度求位移。但在短時間、條件可控時，積分仍然可以提供有用資訊。常見做法是結合其他感測器或資訊對積分結果做校正：例如，手機中的慣性導航融合算法利用GPS定期校正由加速規/陀螺儀積分得到的位置，避免誤差無限增長。同樣地，在振動分析中，有時會將高通濾波後的加速度積分成速度，以獲得低頻振動能量，這需要在頻域上選擇合適的截止頻率避免DC漂移。同時，也可以根據已知的物理條件做約束，例如一段時間後物體理論上應該靜止（速度為零），則可以重設速度積分值為零以抵消漂移。總之，加速度積分用於推算速度或位移時，要非常小心偏差修正和誤差控制。必要時，可採用高級的演算法如卡爾曼濾波，融合多種感測器數據，使結果更可靠。 4. 資料濾波與重力分離：正如前述，加速規數據常同時包含動態和靜態成分。為了應用特定需求，通常需要將兩者分離。例如在運動檢測中，我們對動態改變感興趣，要將重力（靜態加速度）去除；反之在傾角測量時，我們只想保留重力分量而忽略短暫運動影響。常用的方法是濾波：採用高通濾波器去除低頻成分（重力大部分是接近DC的信號），留下高頻部分作為純運動加速度；或者用低通濾波器平滑掉快速變化，只保留緩慢變化的重力項。例如，在手機的步數計中，加速規信號會先經過帶通濾波（約0.5~5 Hz），隔絕掉直流重力和高頻噪聲，只留下走路步態相關的頻率成分，再進一步做峰值檢測計步。同樣道理，在姿態解算時，常對加速規做低通濾波獲取重力方向，對陀螺儀積分做高通濾波取得短期姿態變化，兩者相加得到融合的姿態角，這稱為互補濾波。因此掌握適當的濾波技巧，可以大幅提高加速規資料的可用性。 5. 校正與單位換算：為確保加速規資料可靠，在使用前校正感測器非常重要。校正主要包括零點偏移和靈敏度兩部分。零點偏移可透過將加速規靜置水平（使該軸理論輸出0 g）來觀察其輸出，將偏移值扣除。靈敏度校正則需要已知加速度值的參考，比如將加速規豎直向上靜置，其垂直軸應讀+1 g、倒置則讀-1 g，藉此確認輸出幅度是否準確（例如若裝置顯示0.98 g，可計算需調整靈敏度約2%）。更精細的校準可能需要專業離心機、振動台設備。除了校正外，注意單位換算：科學計量上加速度常用m/s²，但加速規廠商或使用者習慣以g為單位表示（1 g = 9.81 m/s²）。在資料處理時，可根據需要轉換單位。例如計算位移時需換成m/s²進行積分，而報告車輛衝擊時可能直接說明峰值達多少g。另一些衍生量例如加加速度（jerk），即加速度變化率，也可從加速規資料求得，在分析震動或控制系統平順性時有時會用到。 歸結而言，加速規資料的解析需要結合應用目標和物理原理來進行：靜態時著重傾角與重力解讀、動態時強調振動波形與頻譜分析；積分計算速度位移需小心誤差累積，而濾波技巧則能有效區隔不同成分。通過適當的數據處理，我們可以從加速規的原始輸出中提取出有意義的資訊，例如物體的姿態角、振動強度、衝擊事件發生時刻、運動軌跡等等。這些資訊在工業設備診斷、安全監測、人體動作分析等領域都有極高價值。當然，要得到精確可靠的結果，前提是選用了適合的感測器並做好校準，同時搭配正確的解析方法。綜合運用以上技巧，將使您能夠充分發揮加速規數據的效益，將生硬的加速度數字轉化為決策依據和智慧應用的基礎。 在瞭解了加速規的基本原理、應用和選型後，您可能還有一些具體的疑問。以下彙整幾個有關加速規的常見問題，並提供專業解答，幫助釐清觀念： 答：簡而言之，加速規測量直線加速度（包含重力效應），而陀螺儀測量角速度（旋轉速率）。加速規感應物體沿某方向加速或減速的程度，例如上下、左右的加速力道；陀螺儀則偵測物體繞軸轉動的快慢。例如，手機加速規可判斷傾斜方向，而內建陀螺儀則可感知手機被旋轉了多少角度。兩者通常搭配使用：加速規提供裝置長期穩定的傾斜/直線運動資訊，陀螺儀補充短期快速的旋轉變化資訊。需要注意的是，陀螺儀數據長時間積分會有漂移誤差，而加速規受重力干擾在運動中也需校正，因此現代裝置多採用感測器融合技術，同時利用兩者優點來精準追蹤運動。
  答：三軸加速規指能同時測量三個互相垂直方向加速度的感測器（通常對應X, Y, Z軸）。它本質上由三個單軸加速規整合封裝而成，每軸感測器對應一個空間方向。相比之下，單軸加速規一次只能量測一個方向的加速度。如果需要捕捉全方位的運動訊號，使用三軸加速規更為方便高效——例如手機、穿戴裝置內建的都是三軸加速規，因此無論上下左右任何方向的移動都可被偵測。此外還有二軸加速規（測量兩個平面內方向）在少數應用中使用。絕大多數現代MEMS加速規都是三軸型，體積與單軸相差無幾，但功能強大許多。在資料解析上，三軸加速規可提供加速度向量的三維分量，使我們能計算加速度合成大小、空間方向，甚至透過組合軟體推算裝置的三度空間姿態角等，這是單軸傳感器無法做到的。
  答：MEMS（微機電系統）加速規是指利用半導體微製造工藝（例如蝕刻矽晶片）製作的微型加速規。相較傳統機械式或壓電塊狀加速規，MEMS技術使感測器體積大幅縮小、成本降低，並易於和數位電路整合。MEMS加速規通常採用電容式或壓阻式原理，將可動微結構與電路集成在一顆矽晶片內。其優點包括：尺寸小、重量輕，可嵌入手機等小型裝置；功耗低，非常適合電池驅動產品；成本相對低廉，便於大批量商業應用；可靠性高，半導體元件壽命長且耐震；容易實現多軸整合和數位輸出，使用起來方便。可以說，MEMS技術的興起是加速規得以大規模應用於消費性電子的重要推手。當然，早期MEMS加速規在噪聲、頻寬等性能上不及傳統壓電式，不過近年來各大廠商持續改良，已有高性能MEMS加速規能媲美傳統裝置總之，MEMS加速規就是把傳統感測器“微縮在晶片上”的產品，它以小巧低耗而功能強大的特性，成為現今市場上主流的加速度感測方案。
  答：使用加速規其實包含了硬體安裝與訊號讀取兩部分。首先是硬體安裝：將加速規牢固固定在需要量測的物體上，安裝方向需考慮測量軸對準想要感測的方向（例如想測上下振動，就讓其中一軸指向上下）。安裝時應確保感測器緊貼被測物且不鬆動，否則會引入額外共振或減衰。某些加速規需使用螺絲鎖附、強力膠固定或磁吸座等方式安裝，應依產品說明進行。接著是訊號讀取：依加速規型式不同，有不同讀取方法。模擬電壓輸出型，可以用資料擷取器（DAQ）、微控制器的ADC類比輸入等連接讀取；數位輸出型則透過通信介面（如I²C、SPI）由微控制器讀取數值。也有工業用的加速規接到專門的振動計或PLC模組上。讀取時要注意供電需求（例如IEPE加速規需要恆流源激發）、信號調理（高阻抗電荷輸出需配前置放大等）。當成功獲取加速規的數據後，就進入軟體解析階段：根據前述的方法將原始加速度數據轉換為所需資訊，如計算傾角、做頻譜分析或積分為速度位移等。在整個使用過程中，還要注意校準（使用前歸零、定期檢查靈敏度）以及環境干擾（避免電磁噪聲、溫度驟變對讀數的影響）。綜合來說，使用加速規不難，但要確保量測準確，需要良好的安裝、合適的接口電路和妥善的訊號處理，相輔相成才能得到可靠的結果。
  答：加速規的輸出通常以重力加速度g為單位來標示。1 g 定義為標準重力加速度9.80665 m/s²（常近似為9.81 m/s²）。許多資料表會給出靈敏度例如「XYZ軸靈敏度：0.5 V/g」，表示每感受到1 g加速度，輸出電壓變化0.5伏特。另外在討論震動時，也常直接說某裝置振動強度為幾個g峰值。若需要轉換成國際單位，直接將g值乘以9.81得到 m/s²。例如2 g約等於19.62 m/s²。反之，若量得數據為5 m/s²，加上除以9.81可得到約0.51 g。值得注意的是，加速規不同軸向在靜止時受地球重力，理論輸出±1 g，所以通常可用靜置校準法來換算其輸出。例如，把加速規某軸向上靜置，若讀值是0.98 g，代表該軸靈敏度略低，可稍作校正以符合1 g。此外，儀器儀表上有時以「Gal」（伽，1 Gal=0.01 m/s²）為單位，但如今較少見，主要在重力測量領域使用。總之，熟悉g與m/s²的換算有助於我們在不同領域溝通加速度量值，而大部分電子應用中直接以g為單位即可。
  答：是的，為了保持測量精度，加速規在使用中應考慮校正和維護。首先，新裝上的加速規建議進行零點校正（Zero calibration）：將感測器靜止放置於各種朝向，確認每軸在無加速狀態下輸出約為0 g（考慮重力則根據姿態應輸出±1 g），若有偏移需在數據處理時扣除該偏移量。其次是靈敏度校正：如果有條件，可用標準離心機或重力轉換法檢測其靈敏度是否與出廠標稱一致，長時間使用後也可能因元件老化略有變化，需要調整校正係數。對於高精度應用，建議定期（如每年）將加速規送至專業校準實驗室進行多點校準，確保在全量程範圍內的線性和靈敏度符合要求。維護方面，加速規本身通常為固態元件，沒有活動部件，故不需要特別的維護，更換電路等即可。但在惡劣環境下使用時，要注意感測器外殼和線纜的狀況，例如工業現場油污、震動可能導致接線鬆脫，需要定期檢查緊固。對於可交換電池的無線加速規，要留心電池電量以免數據中斷。總體而言，加速規屬於相對免維護的元件，但定期校正是必要的，它能確保感測器長期提供準確可靠的讀數，對於精密測量應用尤其重要。
  答：可以。加速規對靜態重力加速度敏感，透過測量重力在各軸向的分量，確實可以計算出裝置的傾斜角度。例如前面提及的原理：當加速規靜止時，所讀三軸值的方向餘弦對應了重力方向，也就是裝置本身的傾斜姿態。因此加速規常被用作傾斜感測器（Tilt sensor）或電子水平儀。許多商業傾角計其實就是內置了加速規。不過，需要注意幾點：首先，加速規測傾角假定物體靜止，若有移動加速度存在會干擾傾角計算（裝置加速時感受到的不只是重力，還有慣性力）。因此在劇烈運動時，加速規讀值不能直接轉換成正確傾角。這時通常藉助陀螺儀的角速資料來修正。其次，受限於加速規本身的噪聲和量化誤差，計算出的傾角會有抖動，需要透過平均濾波來穩定讀數。在工程上，利用加速規測傾斜的方案廣泛而成熟，例如手機螢幕旋轉就是通過加速規判斷傾斜；工地測斜儀、礦井傾角監測也多採用高精度的二軸或三軸加速規模組。因此可以肯定地說，加速規是可以用來量測傾斜角的，而且效果良好。但若要求實時追蹤物體翻轉的動態角度變化（例如快速轉動的機器人手臂），仍需要結合陀螺儀使用，因為後者對快速角度變化的感測更直接、無延遲。 以上這些 Q&A 涵蓋了從加速規與陀螺儀差異、技術名詞解釋，到實際使用和校正等方面的常見問題。相信透過這些問答，全方位地解答了讀者對加速規可能產生的疑惑。在實務應用中，如果還有其他疑問，歡迎隨時諮詢專業人士或尋求廠商技術支援。我們致暘科技也樂意為您提供關於加速規的更多知識與協助，確保您在選用和使用感測器時得心應手。
  透過上述深入解析，我們可以看出加速規作為一種關鍵感測器，其重要性遍及各個領域。從原理上掌握了質量-彈簧系統與各種機電轉換方式，從應用上瞭解了它在手機、汽車、工業、科研等方面發揮的作用，我們已經全面掌握加速規技術的核心內容。在本篇知識文章中，我們不僅回答了「加速規是什麼」，更進一步探討了如何正確選擇與使用加速規，並比較了它與其他感測器的差異。這些資訊為讀者在實務中應用加速規提供了寶貴的參考。 展望未來，感測器技術持續快速發展，加速規的進化與延伸也將帶來更多可能性。首先，隨著製造工藝的進步，新一代的MEMS加速規將擁有更高的靈敏度、更低的噪聲和更寬的頻寬，使其在性能上趨近甚至超越傳統壓電式加速規近年來幾家領先廠商已成功研製出高性能MEMS加速規，在振動監測等應用中表現出色，證明了微型化並不意味著妥協性能實際上，全球各行各業對於狀態監測（Condition Monitoring）的需求日益增加，而MEMS加速規正好趕上了這個趨勢，廣泛運用在各種振動感測應用中，現在已能追上過去一直主宰市場的壓電式加速規。這表示未來在工業設備監控領域，MEMS加速規有望取代笨重昂貴的傳統感測器，讓智慧維護系統更加經濟高效。 其次，多感測器融合和演算法進步將是感測器技術的下一步重點。光有優秀的加速規硬體還不夠，還需要結合陀螺儀、磁力計、氣壓計等形成複合式感測平台（例如9軸IMU融合環境感測），再透過AI算法進行資料分析，才能實現例如自駕車精準導航、智慧穿戴精準運動辨識等應用。加速規在其中提供關鍵的線性運動資訊，而未來的演算法將更善於區分環境噪聲、識別複雜模式，使得系統能更智慧地理解加速規數據。例如，汽車領域已有透過多軸加速規+聲學分析實現車內事故自動求救的技術；醫療方面也在研究結合加速規與其他生理訊號的裝置，預測跌倒或偵測癲癇發作。在這些創新應用中，加速規都是不可或缺的感測基石之一。 再次，新興的感測材料與原理可能引領下一代加速規的誕生。目前研究人員正在探索利用奈米材料、光學干涉、量子效應等原理製作超高靈敏度加速度感測器。例如，光纖光柵加速計、激光干涉式微加速度計等概念，有望實現比現有MEMS更高的解析度和更低的溫漂，適用於地震預警、油氣勘探等特殊領域。同時，柔性電子的進步也可能催生可撓曲貼片式的加速規，可以貼在人體皮膚上長期監測步態或呼吸起伏。這些都是感測器技術令人興奮的下一步發展方向，而加速規作為最基本的慣性感測元件之一，勢必從中受益或進化，催生出全新的應用模式。 總的來說，未來的感測器技術將朝著更小、更快、更聰明的方向發展。加速規不斷突破性能極限的同時，與其他感測器相互融合，在物聯網、大數據與人工智慧的助力下，將構建出更完整的智慧感知網絡。我們可以預期，在智慧城市、自主機器人、元宇宙等未來場景中，加速規仍將隱身其中發揮重要作用，為裝置賦予「感知加速度與重力」的能力。作為使用者或工程師，與時俱進地了解這項技術的發展，將有助於抓住創新應用的契機。 本篇文章由致暘科技有限公司以專業角度為您深入剖析了加速規的各方面知識。我們深知，感測器技術日新月異且應用廣泛，唯有持續學習與探索，才能掌握其核心並應用自如。如果您讀完本文，對加速規或其他感測器技術的下一步有更多興趣或疑問，歡迎隨時與我們交流討論。我們相信，善用這些精密的感測工具，將能為您的產品研發和系統優化帶來革命性的提升。 最後，我們誠摯邀請您與 致暘科技有限公司 聯絡。無論您是想進一步瞭解加速規原理、尋求合適的加速規產品，還是需要針對您特殊應用的感測解決方案，我們的專業團隊都樂意提供協助與建議。請隨時造訪我們的官網或透過電話、電子郵件洽詢，我們將以豐富的經驗與技術，為您量身打造最佳的感測器應用解決方案，協助您在事業上取得更大的成功！ （聯絡致暘科技，掌握感測先機！）