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压阻式加速度传感器的基础参数详解

时间:2021-07-26 点击次数:

加速度传感器,顾名思义,就是一种将加速度转换为其它形式的信号并输出的设备。这是怎么回事呢?加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。它一般包括质量块、减振器、弹性元件、灵敏元件、调节电路。


加速度传感器是通过测量质量块的惯性力,利用牛顿第二定律得到加速度值的。常用的传感器有电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。现在它被广泛的应用在汽车安全、智能产品、游戏控制等许多领域。快速传感器分类与原理。
根据牛顿第二定律:A(加速)=F(力)/M(质量)
只要测量力F,就可以得到一个已知质量的物体的加速度。
        通过对这类力的平衡,得到了力和电流(电压)之间的对应关系,从而实现了加速度传感器的设计。所以,加速度传感器的本质就是由于受力而使敏感元件变形。测得其形变,并转换成相应的电压输出,可得到相应的加速度信号。
        通常来说,它可以分为四类:压电加速度传感器、压电加速度传感器、电容加速度传感器、伺服加速度传感器。一是压电加速度传感器。
压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应。某些晶体在某一方向上变形时,其内部会发生极化,同时在两个表面产生符号相反的电荷,当外力作用被除去后,又回复为无电状态,这叫做压电效应。有压电效应的晶体叫做压电晶体。常见的压电晶体有应时、压电陶瓷等。
        加质量块的作用力也随加速度计振荡后而发生变化。在测量到的振动频率远低于加速度计的固有频率时,其变化与被测加速度成正比。
        弹簧M是质量块B是底座P是压电元件R是夹环。
        压电式安装在中间,压电元件-质量块-弹簧系统安装在圆心支柱上,支柱与底座连接。它具有高的共振频率。但是,当底座B连接到测试对象时,如果底座B变形,将直接影响拾振器的输出。另外,测试对象和环境温度的变化会影响压电元件,使预紧力发生变化,容易引起温度漂移。
        环状剪切型,用夹环将压电元件夹入三角中心柱。压电元件在感受到轴向振动时,会承受切应力。该结构对基座变形和温度变化有良好的隔离作用,具有较高的谐振频率和良好的线性。三角剪,结构简单,可制作出极小的、高共振频率的加速度计,环形质量块与安装在中心柱上的环形压电元件相连。当温度升高时,粘合剂会软化,因此最高工作温度是有限的。压电式加速度传感器有较大的动态范围、宽频范围、坚固耐用、外部干扰小、自产生压电材料的电荷信号不需要任何外部电源等特点。该传感器应用最广,应用最广。压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器是首批基于硅微加工技术开发的硅微加速度传感器,压阻式加速度传感器一般采用硅梁外质量块,
质量块在惯性力的作用下上下运动,使悬臂梁上的电阻值随着应力的作用而变化,使测量桥梁输出电压发生变化,从而实现加速度测量。
压阻式加速度传感器原理图压阻式硅微加速度传感器有许多典型结构形式,包括悬臂梁、双臂梁、4梁以及双岛5梁。
在较小的加速度作用下,质量块可以增大悬臂梁的应力,提高传感器的输出灵敏度。
质块的作用会使悬臂梁上的应力超过屈服应力,变形过大,导致悬臂断裂。所以,采用高gn值加速度时,单臂、双臂梁采用质量块和梁厚等效的结构形式。
双臂梁结构基于MEMS微细加工技术,具有体积小、功耗低等特点,易于集成在各种模拟和数字电路中,并可广泛用于汽车碰撞试验、测试仪器、设备振动监测等领域。
随著现代微细加工制造技术的发展,为满足不同测量需求,设计了压阻敏芯具有很大的灵活性。
就灵敏度和范围而言,由低灵敏度、大范围冲击测量到低频DC高灵敏度测量,都有压阻式加速度传感器。
        压阻式加速度传感器的频率范围可由DC信号转换为高刚度、频率范围为几十kHz的高频测量。超级微型设计也是压阻式传感器的一个亮点。值得注意的是,尽管压阻敏感芯的设计和应用具有很大的灵活性,但其设计的压阻芯一般应用范围要小于它。
        电容式加速度传感器3电容式加速度传感器电容式加速度传感器是根据电容原理设计的电容式传感器。电容型加速度传感器、电容式加速度计是一种常用的加速度传感器。电容器加速度传感器原理图在一些领域如气囊、手机移动设备等领域是不可替代的。由于采用了微机电系统(MEMS)技术,电容式加速度传感器/电容式加速度计在大批量生产时具有经济性,且成本低。
        电容型加速度传感器4伺服式加速度传感器伺服式加速度传感器工作在闭环状态,振动系统由m-k系统组成,电磁线圈连接在m处。在有加速度输入时,位移检测器会将位移检测器检测出平衡位置,然后由伺服放大器输出电流。电流通过电磁线圈,在磁场中产生电磁恢复力,使m恢复到平衡位置。由于伺服加速度传感器抗干扰能力强、动态性好、测量精度高,在惯性导航、惯性制导系统中得到了广泛的应用。







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