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[!--downpath--]加速度傳感工作原理依據(jù)加速度傳感的種類不同,也會有相應(yīng)的區(qū)別。加速度傳感是一種才能檢測加速力的傳感。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力,就好比月球引力,也就是重力。
加速度傳感是一種才能檢測加速力加速度與速度關(guān)系公式,將加速度轉(zhuǎn)換為聯(lián)通號的電子設(shè)備。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力,就好比月球引力,也就是重力。加速力可以是個常量,例如g,也可以是變量。加速度計有兩種:一種是角加速度計,是由陀螺儀(角速率傳感)的改進的。另一種就是線加速度計。
按加速度傳感工作原理可以分為四種:
1、壓電式加速度傳感
壓電式加速度傳感工作原理是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的。個別晶體在一定方向上受力變型時,其內(nèi)部會形成極化現(xiàn)象,同時在它的兩個表面上形成符號相反的電荷;當外力除去后,又重新恢復到不帶電狀態(tài),這些現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。
在加速度計受振時,質(zhì)量塊加在壓電器件上的力也急劇變化。當被測震動頻度遠高于加速度計的固有頻度時,則力的變化與被測加速度成反比。
壓電式加速度傳感具有動態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自形成電荷訊號不須要任何外界電源等特性加速度與速度關(guān)系公式,是被最為廣泛使用的震動檢測傳感。
2、壓阻式加速度傳感
壓阻式加速度傳感是最早開發(fā)的硅微加速度傳感(基于MEMS硅微加工技術(shù)),壓阻式加速度傳感的彈性器件通常采用硅梁外加質(zhì)量塊,質(zhì)量塊由懸臂梁支撐,并在懸臂梁上制做阻值,聯(lián)接成檢測電橋。在慣性力作用下質(zhì)量塊上下運動,懸臂梁上阻值的電阻隨撓度的作用而發(fā)生變化,導致檢測電橋輸出電流變化,借此實現(xiàn)對加速度的檢測。
基于世界領(lǐng)先的MEMS硅微加工技術(shù),壓阻式加速度傳感具有容積小、低幀率等特性,便于集成在各類模擬和數(shù)字電路中,廣泛應(yīng)用于車輛碰撞實驗、測試儀器、設(shè)備震動檢測等領(lǐng)域。
應(yīng)變壓阻式加速度傳感的敏感芯體為半導體材料制成內(nèi)阻檢測電橋,其結(jié)構(gòu)動態(tài)模型仍舊是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。
現(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻方式敏感芯體的設(shè)計具有很大的靈活性以適宜各類不同的檢測要求。在靈敏度和阻值方面,從低靈敏度高阻值的沖擊檢測,到直流高靈敏度的低頻檢測都有壓阻方式的加速度傳感。
同時壓阻式加速度傳感檢測頻度范圍也可從直流訊號到具有撓度高,檢測頻度范圍到幾十千赫茲的高頻檢測。超大型化的設(shè)計也是壓阻式傳感的一個亮點。須要強調(diào)的是雖然壓阻敏感芯體的設(shè)計和應(yīng)用具有很大靈活性,但對某個特定設(shè)計的壓阻式芯體而言其使用范圍通常要大于壓電型傳感。
3、電容式加速度傳感
電容式加速度傳感工作原理是基于電容原理的極距變化型的電容傳感。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。這些傳感可以檢測氣流(或液流)的震動速率(或加速度),還可以進一步測出壓力。
電容式加速度傳感,具有電路結(jié)構(gòu)簡單,頻度范圍寬約為0~450Hz,線性度大于1%,靈敏度高,輸出穩(wěn)定,水溫甩尾小,檢測偏差小,穩(wěn)態(tài)響應(yīng),輸出阻抗低,輸出電量與震動加速度的關(guān)系式簡單便捷便于估算等優(yōu)點,具有較高的實際應(yīng)用價值。
但不足之處表現(xiàn)在訊號的輸入與輸出為非線性,阻值有限,受線纜的電容影響,以及電容傳感本身是高阻抗訊號源,因而電容傳感的輸出訊號常常需通過后繼電路給于改善。在實際應(yīng)用中電容式加速度傳感較多地用于低頻檢測,其通用性不如壓電式加速度傳感,且成本也比壓電式加速度傳感高得多。
4、伺服式加速度傳感
當被測振動物體通過加速度計外殼有加速度輸入時,質(zhì)量塊偏離靜平衡位置,位移傳感測量出位移訊號,經(jīng)伺服放大器放大后輸出電壓,該電壓流過電磁線圈,因而在永久吸鐵石的磁場中形成電磁恢復力,促使質(zhì)量塊回到原先的靜平衡位置,即加速度計工作在閉環(huán)狀態(tài),傳感輸出與加速度計成一定比列的模擬訊號,它與加速度值成反比關(guān)系。
伺服式加速度傳感工作原理是一種閉環(huán)測試系統(tǒng),具有動態(tài)性能好、動態(tài)范圍大和線性度好等特性。其工作原理,傳感的震動系統(tǒng)由“m-k”系統(tǒng)組成,與通常加速度計相同,但質(zhì)量m上還接著一個電磁線圈,當?shù)鬃嫌屑铀俣容斎霑r,質(zhì)量塊偏離平衡位置,該位移大小由位移傳感測量下來,經(jīng)伺服放大器放大后轉(zhuǎn)換為電壓輸出,該電壓流過電磁線圈,在永久吸鐵石的磁場中形成電磁恢復力,力圖使質(zhì)量塊保持在儀表外殼中原先的平衡位置上,所以伺服加速度傳感在閉環(huán)狀態(tài)下工作。
因為有反饋作用,提高了抗干擾的能力,增強檢測精度,擴大了檢測范圍,伺服加速度檢測技術(shù)廣泛地應(yīng)用于慣性導航和慣性制導系統(tǒng)中,在高精度的震動檢測和標定中也有應(yīng)用。
5、三軸加速度傳感
也是基于加速度傳感工作原理去實現(xiàn)工作的,加速度是個空間矢量,一方面,要確切了解物體的運動狀態(tài),必須測得其一個座標軸上的份量;另一方面,在預先不曉得物體運動方向的場合下,只有應(yīng)用三軸加速度傳感來測量加速度訊號。
因為三軸加速度傳感也是基于重力原理的,因而用三軸加速度傳感可以實現(xiàn)雙軸正負90度或雙軸0-360度的夾角,通過校準后期精度要低于雙軸加速度傳感小于檢測角度為60度的情況。
目前的三軸加速度傳感/三軸加速度計大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理,形成的加速度反比于阻值、電壓和電容的變化,通過相應(yīng)的放大和混頻電路進行采集。
三軸加速度傳感具有容積小和重量(gm)輕特性,可以檢測空間加速度,才能全面確切反映物體的運動性質(zhì),在民航航天、機器人、汽車和醫(yī)學等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。