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(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。在加速過程中,通過對質(zhì)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(nèi)部有一些微小的彈性體,當物體發(fā)生加速度時,彈性體會受到拉伸或壓縮,從而產(chǎn)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(jù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。
根據(jù)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(zhì)量塊所受慣性力的測量,即可得到加速度值。
根據(jù)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(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時在它的兩個表面上產(chǎn)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(chǎn)生形變,載流子產(chǎn)生從一個能谷到另一個能谷的散射,載流子的遷移率發(fā)生變化,擾動了縱向和橫向的平均有效質(zhì)量)其電阻率就會發(fā)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(shù)字電路中,廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監(jiān)測等領域。
當懸臂梁自由端的質(zhì)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(chǎn)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(fā)生位移,使電容量發(fā)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(zhì)量塊偏離靜平衡位置,位移傳感器檢測出位移信號,經(jīng)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(chǎn)生電磁恢復力,迫使質(zhì)量塊回到原來的靜平衡位置,即加速度計工作在閉環(huán)狀態(tài),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(chǎn)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(zhì)量塊相對于基座(被測物體)產(chǎn)生位移,應變片的敏感柵也受力變形,從而使其電阻隨之發(fā)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(zhì)勘探和工程測量的專用傳感器,是一種將地面振動轉變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅鳎馨训卣鸩ㄒ鸬牡孛嬲饎愚D換成電信號,經(jīng)過模/數(shù)轉換器轉換成二進制數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)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(xiàn)在汽車工業(yè)高速發(fā)展,汽車成了出行的重要交通工具,但因交通事故傷亡數(shù)量也十分巨大。交通事故發(fā)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(fā)生時的物理監(jiān)測量。基于加速度的車禍報警系統(tǒng)即當發(fā)生車禍之后,該系統(tǒng)能能立即讓監(jiān)控中心獲得車禍信息,并指引救援人員到達事故現(xiàn)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(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面
加速度傳感器應用于監(jiān)測高壓導線舞動
目前國內(nèi)對導線舞動監(jiān)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(wěn)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(jiān)測手段,無法定量分析導線運動參數(shù);而采用加速度傳感器監(jiān)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(fā)展來適應諸如此類環(huán)境下進行應用。