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按加速度传感器工作原理分析与发展趋势分析!

更新时间:2024-01-04

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加速度传感工作原理依据加速度传感的种类不同,也会有相应的区别。加速度传感是一种才能检测加速力的传感。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比月球引力,也就是重力。Tng物理好资源网(原物理ok网)

加速度传感是一种才能检测加速力加速度与速度关系公式,将加速度转换为联通号的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比月球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,例如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(角速率传感)的改进的。另一种就是线加速度计。Tng物理好资源网(原物理ok网)

按加速度传感工作原理可以分为四种:Tng物理好资源网(原物理ok网)

1、压电式加速度传感Tng物理好资源网(原物理ok网)

压电式加速度传感工作原理是基于压电晶体的压电效应工作的。个别晶体在一定方向上受力变型时,其内部会形成极化现象,同时在它的两个表面上形成符号相反的电荷;当外力除去后,又重新恢复到不带电状态,这些现象称为“压电效应”。Tng物理好资源网(原物理ok网)

在加速度计受振时,质量块加在压电器件上的力也急剧变化。当被测震动频度远高于加速度计的固有频度时,则力的变化与被测加速度成反比。Tng物理好资源网(原物理ok网)

压电式加速度传感具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自形成电荷讯号不须要任何外界电源等特性加速度与速度关系公式,是被最为广泛使用的震动检测传感。Tng物理好资源网(原物理ok网)

2、压阻式加速度传感Tng物理好资源网(原物理ok网)

压阻式加速度传感是最早开发的硅微加速度传感(基于MEMS硅微加工技术),压阻式加速度传感的弹性器件通常采用硅梁外加质量块,质量块由悬臂梁支撑,并在悬臂梁上制做阻值,联接成检测电桥。在惯性力作用下质量块上下运动,悬臂梁上阻值的电阻随挠度的作用而发生变化,导致检测电桥输出电流变化,借此实现对加速度的检测。Tng物理好资源网(原物理ok网)

基于世界领先的MEMS硅微加工技术,压阻式加速度传感具有容积小、低帧率等特性,便于集成在各类模拟和数字电路中,广泛应用于车辆碰撞实验、测试仪器、设备震动检测等领域。Tng物理好资源网(原物理ok网)

应变压阻式加速度传感的敏感芯体为半导体材料制成内阻检测电桥,其结构动态模型仍旧是弹簧质量系统。Tng物理好资源网(原物理ok网)

现代微加工制造技术的发展使压阻方式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适宜各类不同的检测要求。在灵敏度和阻值方面,从低灵敏度高阻值的冲击检测,到直流高灵敏度的低频检测都有压阻方式的加速度传感。Tng物理好资源网(原物理ok网)

同时压阻式加速度传感检测频度范围也可从直流讯号到具有挠度高,检测频度范围到几十千赫兹的高频检测。超大型化的设计也是压阻式传感的一个亮点。须要强调的是虽然压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性,但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围通常要大于压电型传感。Tng物理好资源网(原物理ok网)

3、电容式加速度传感Tng物理好资源网(原物理ok网)

电容式加速度传感工作原理是基于电容原理的极距变化型的电容传感。其中一个电极是固定的,另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力(气压、液压等)作用下发生位移,使电容量发生变化。这些传感可以检测气流(或液流)的震动速率(或加速度),还可以进一步测出压力。Tng物理好资源网(原物理ok网)

电容式加速度传感,具有电路结构简单,频度范围宽约为0~450Hz,线性度大于1%,灵敏度高,输出稳定,水温甩尾小,检测偏差小,稳态响应,输出阻抗低,输出电量与震动加速度的关系式简单便捷便于估算等优点,具有较高的实际应用价值。Tng物理好资源网(原物理ok网)

但不足之处表现在讯号的输入与输出为非线性,阻值有限,受线缆的电容影响,以及电容传感本身是高阻抗讯号源,因而电容传感的输出讯号常常需通过后继电路给于改善。在实际应用中电容式加速度传感较多地用于低频检测,其通用性不如压电式加速度传感,且成本也比压电式加速度传感高得多。Tng物理好资源网(原物理ok网)

4、伺服式加速度传感Tng物理好资源网(原物理ok网)

当被测振动物体通过加速度计外壳有加速度输入时,质量块偏离静平衡位置,位移传感测量出位移讯号,经伺服放大器放大后输出电压,该电压流过电磁线圈,因而在永久吸铁石的磁场中形成电磁恢复力,促使质量块回到原先的静平衡位置,即加速度计工作在闭环状态,传感输出与加速度计成一定比列的模拟讯号,它与加速度值成反比关系。Tng物理好资源网(原物理ok网)

伺服式加速度传感工作原理是一种闭环测试系统,具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特性。其工作原理,传感的震动系统由“m-k”系统组成,与通常加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当底座上有加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感测量下来,经伺服放大器放大后转换为电压输出,该电压流过电磁线圈,在永久吸铁石的磁场中形成电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表外壳中原先的平衡位置上,所以伺服加速度传感在闭环状态下工作。Tng物理好资源网(原物理ok网)

因为有反馈作用,提高了抗干扰的能力,增强检测精度,扩大了检测范围,伺服加速度检测技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的震动检测和标定中也有应用。Tng物理好资源网(原物理ok网)

5、三轴加速度传感Tng物理好资源网(原物理ok网)

也是基于加速度传感工作原理去实现工作的,加速度是个空间矢量,一方面,要确切了解物体的运动状态,必须测得其一个座标轴上的份量;另一方面,在预先不晓得物体运动方向的场合下,只有应用三轴加速度传感来测量加速度讯号。Tng物理好资源网(原物理ok网)

因为三轴加速度传感也是基于重力原理的,因而用三轴加速度传感可以实现双轴正负90度或双轴0-360度的夹角,通过校准后期精度要低于双轴加速度传感小于检测角度为60度的情况。Tng物理好资源网(原物理ok网)

目前的三轴加速度传感/三轴加速度计大多采用压阻式、压电式和电容式工作原理,形成的加速度反比于阻值、电压和电容的变化,通过相应的放大和混频电路进行采集。Tng物理好资源网(原物理ok网)

三轴加速度传感具有容积小和重量(gm)轻特性,可以检测空间加速度,才能全面确切反映物体的运动性质,在民航航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。Tng物理好资源网(原物理ok网)

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