加速度傳感器的工作原理是基于牛頓第二定律,即加速度與作用力成正比,通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。在加速過程中,通過對質量塊所受慣性力的測量,利用牛頓第二定律獲得加速度值。傳感器內部有一些微小的彈性體,當物體發生加速度時,彈性體會受到拉伸或壓縮,從而產生電信號,并通過相關電路轉化成電壓輸出,可以用來計算物體的加速度。根據傳感器敏感元件的不同,常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應變式、壓阻式、壓電式等。
其中,壓電式加速度傳感器是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器,質量塊受加速度影響會改變電容兩極板之間的距離,從而改變電容值,通過測量電容值來計算出加速度。
加速度傳感器(acceleration transducer)是一種慣性傳感器,能夠測量物體的加速力。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。
根據牛頓第二定律加速度a = F / m,在加速過程中,傳感器通過敏感元件對質量塊所受慣性力的測量,即可得到加速度值。
根據傳感器敏感元件的不同,常見的加速度傳感器包括壓電式、壓阻式、電容式、應變式等。
壓電式加速度傳感器
壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應工作的。敏感元件在一定方向上受到慣性力作用變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷(Q = dF),輸出與加速度成正比的電荷或電壓。
壓電式加速度傳感器
壓阻式加速度傳感器
基于世界領先的MEMS硅微加工技術,利用單晶硅材料的壓阻效應制成的,單晶硅受到應力作用后,(晶體的晶格產生形變,載流子產生從一個能谷到另一個能谷的散射,載流子的遷移率發生變化,擾動了縱向和橫向的平均有效質量)其電阻率就會發生變化,硅的壓阻效應與晶體的取向有關。
壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點,易于集成在各種模擬和數字電路中,廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。
當懸臂梁自由端的質量塊敏感外界加速度時,由于受慣性力的作用,壓阻元件上產生應變ε,則電橋的輸出電壓為電源電壓與應變量的乘積。
電容式加速度傳感器
電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。其中一個電極是固定的,另一變化電極是彈性膜片。彈性膜片在外力(氣壓、液壓等)作用下發生位移,使電容量發生變化。這種傳感器可以測量氣流(或液流)的振動速度(或加速度),還可以進一步測出壓力。
伺服式加速度傳感器
當被測振動物體通過加速度計殼體有加速度輸入時,質量塊偏離靜平衡位置,位移傳感器檢測出位移信號,經伺服放大器放大后輸出電流,該電流流過電磁線圈,從而在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力,迫使質量塊回到原來的靜平衡位置,即加速度計工作在閉環狀態,傳感器輸出與加速度計成一定比例的模擬信號,它與加速度值成正比關系。
應變式加速度傳感器
應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生的應變的一種傳感器。電阻應變片則是其最常采用的傳感元件。加速度傳感器中質量塊相對于基座(被測物體)產生位移,應變片的敏感柵也受力變形,從而使其電阻隨之發生變化,將電阻變化轉換成電壓或電流的變化進而測量加速度。
加速度傳感器應用于地震檢波器設計
地震檢波器是用于地質勘探和工程測量的專用傳感器,是一種將地面振動轉變為電信號的傳感器,能把地震波引起的地面震動轉換成電信號,經過模/數轉換器轉換成二進制數據、進行數據組織、存儲、運算處理。加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備,典型應用在手機、筆記本電腦、步程計和運動檢測等。
加速度傳感器技術應用于車禍報警
現在汽車工業高速發展,汽車成了出行的重要交通工具,但因交通事故傷亡數量也十分巨大。交通事故發生時,往往伴隨著劇烈的碰撞或急劇的減速過程。因此,加速度是最直觀也同樣是最容易用來判別事故發生時的物理監測量。基于加速度的車禍報警系統即當發生車禍之后,該系統能能立即讓監控中心獲得車禍信息,并指引救援人員到達事故現場,及時展開救援工作,以達到盡量減少事故人員傷亡的目的。典型應用包括:汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面
加速度傳感器應用于監測高壓導線舞動
目前國內對導線舞動監測多采用視頻圖像采集和運動加速度測量兩種主要技術方案。前者在野外高溫、高濕、嚴寒、濃霧、沙塵等天氣條件下,不僅對視頻設備的可靠性、穩定性要求很高,而且拍攝的視頻圖像的效果也會受到影響,在實際使用中只能作為輔助監測手段,無法定量分析導線運動參數;而采用加速度傳感器監測導線舞動情況,雖可定量分析輸電導線某一點上下振動和左右擺動的情況,但只能測出導線直線運動的振幅和頻率,而對于復雜的圓周運動,則無法準確測量。所以我們必須加快加速度傳感器的發展來適應諸如此類環境下進行應用。