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加速度传感器作业原理及分类

加速度传感器工作原理及分类-加速度传感器是一种能够测量加速力,将加速度转换为电信号的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。加速度计有两种:一种是角加速度计,是由陀螺仪(角速度传感器)的改进的。另一种就是线加速度计。

  加快度是描绘物体速度改变快慢的物理量,经过丈量因为重力引起的加快度,你可以核算出设备相对于水平面的歪斜视点。经过剖析动态加快度,你可以剖分出设备移动的方法。

  为了丈量并核算这些物理量,便发生了加快度传感器。

加快度传感器

  加快度传感器是一种可以丈量加快力,将加快度转换为电信号的电子设备。加快力便是当物体在加快过程中效果在物体上的力,就比方地球引力,也便是重力。加快力可所以个常量,比方g,也可所以变量。加快度计有两种:一种是角加快度计,是由陀螺仪(角速度传感器)的改善的。另一种便是线加快度计。

  加快度传感器可运用在工业操控、仪器仪表;手柄振荡和摇晃、玩具、鼠标;轿车制动发动检测、报警体系;结构物、环境监督;工程测振、地质勘探、地震检测;铁路、桥梁、大坝的振荡测验与剖析;高层建筑结构动态特性和安全捍卫振荡侦查上。

  加快度传感器的分类及原理

依据牛顿第二定律:A(加快度)=F(力)/M(质量)

  只需丈量效果力F就可以得到已知质量物体的加快度。运用电磁力平衡这个力,就可以得到效果力与电流(电压)的对应联系,经过这个简略的原理来规划加快度传感器。

  所以,加快度传感器的实质是经过效果力形成传感器内部灵敏部件发生变形,经过丈量其变形并用相关电路转化成电压输出,得到相应的加快度信号。

  加快度传感器按作业原理又分为四种:

  1、压电式加快度传感器

  压电式加快度传感器

  压电式加快度传感器是根据压电晶体的压电效应作业的。

  某些晶体在必定方向上受力变形时,其内部会发生极化现象,一起在它的两个表面上发生符号相反的电荷;当外力去除后,又从头康复到不带电状况,这种现象称为“压电效应”。

  具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。常用的压电晶体有石英、压电陶瓷等。

  具有“压电效应”的晶体称为压电晶体

  在加快度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随之改变。当被测振荡频率远低于加快度计的固有频率时,则力的改变与被测加快度成正比。

  压电式加快度计的结构

  图 压电式加快度计的结构

  S是绷簧 M是质量块 B是基座 P是压电元件 R是夹持环

  图a是中心装置紧缩型,压电元件—质量块—绷簧体系装在圆形中心支柱上,支柱与基座衔接。这种结构有高的共振频率。但是基座B与测验目标衔接时,假如基座B有变形则将直接影响拾振器输出。此外,测验目标和环境温度改变将影响压电元件,并使预紧力发生改变,易引起温度漂移。

  图b为环形剪切型,压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。加快度计感触轴向振荡时,压电元件接受切应力。这种结构对底座变形和温度改变有极好的阻隔效果,有较高的共振频率和杰出的线性。

  图c为三角剪切形,结构简略,能做成极小型、高共振频率的加快度计,环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。因为粘结剂会随温度增高而变软,因而最高作业温度受到限制。

  压电式加快度传感器具有动态规模大、频率规模宽、坚固耐用、受外界搅扰小以及压电资料受力自发生电荷信号不需求任何外界电源等特色,是被最为广泛运用的振荡丈量传感器。

  虽然压电式加快度传感器的结构简略,商业化运用前史也很长,但因其功能指标与资料特性、规划和加工工艺密切相关,因而在市场上出售的同类传感器功能的实践参数以及其稳定性和一致性不同非常大。与压阻和电容式比较,其最大的缺陷是压电式加快度传感器不能丈量零频率的信号。

  2、压阻式加快度传感器

  压阻式加快度传感器是最早开发的硅微加快度传感器(根据MEMS硅微加工技能),压阻式加快度传感器的弹性元件一般选用硅梁外加质量块,质量块由悬臂梁支撑,并在悬臂梁上制作电阻,衔接成丈量电桥。在惯性力效果下质量块上下运动,悬臂梁上电阻的阻值随应力的效果而发生改变,引起丈量电桥输出电压改变,以此完成对加快度的丈量。

  压阻式加快度传感器 原理

图 压阻式加快度传感器原理图

  压阻式硅微加快度传感器的典型结构方式有很多种,已有悬臂梁、双臂梁、4梁和双岛-5梁等结构方式。弹性元件的结构方式及尺度决议传感器的灵敏度、频响、量程等。质量块可以在较小的加快度效果下,使得悬臂梁上的应力较大,进步传感器的输出灵敏度。

  在大加快度下,质量块的效果或许会使悬臂梁上的应力超越屈服应力,变形过大,致使悬臂梁开裂。为此高gn值加快度拟选用质量块和梁厚持平的单臂梁和双臂梁的结构方式,如图所示。

  压阻式加快度传感器 双臂梁结构

  图 双臂梁结构

  根据世界领先的MEMS硅微加工技能,压阻式加快度传感器具有体积小、低功耗等特色,易于集成在各种模仿和数字电路中,广泛运用于轿车磕碰试验、测验仪器、设备振荡监测等范畴。

  应变压阻式加快度传感器的灵敏芯体为半导体资料制成电阻丈量电桥,其结构动态模型仍然是绷簧质量体系。

  现代微加工制作技能的开展使压阻方式灵敏芯体的规划具有很大的灵活性以合适各种不同的丈量要求。在灵敏度和量程方面,从低灵敏度高量程的冲击丈量,到直流高灵敏度的低频丈量都有压阻方式的加快度传感器。

  一起压阻式加快度传感器丈量频率规模也可从直流信号到具有刚度高,丈量频率规模到几十千赫兹的高频丈量。超小型化的规划也是压阻式传感器的一个亮点。需求指出的是虽然压阻灵敏芯体的规划和运用具有很大灵活性,但对某个特定规划的压阻式芯体而言其运用规模一般要小于压电型传感器。

  压阻式加快度传感器的另一缺陷是受温度的影响较大,有用的传感器一般都需求进行温度补偿。在价格方面,大批量运用的压阻式传感器本钱价具有很大的市场竞争力,但对特别运用的灵敏芯体系形本钱将远高于压电型加快度传感器。

  压阻式加快度传感器

  压阻式加快度传感器

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