解析各類加速度傳感器的工作原理
發(fā)布時(shí)間:2019-12-18 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】加速度傳感器是用來將加速度這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)試儀器。它是工業(yè)、國(guó)防等許多領(lǐng)域中進(jìn)行沖擊、振動(dòng)測(cè)量常用的測(cè)試儀器。
加速度傳感器是用來將加速度這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)試儀器。它是工業(yè)、國(guó)防等許多領(lǐng)域中進(jìn)行沖擊、振動(dòng)測(cè)量常用的測(cè)試儀器。
那么加速度傳感器的工作原理是如何的呢?下面跟小編一起來學(xué)習(xí)下吧:
敏感元件將測(cè)點(diǎn)的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào),進(jìn)入前置放大電路,經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路改善信號(hào)的信噪比,再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào),最后送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示。
當(dāng)傳感元件以加速度 a 運(yùn)動(dòng)時(shí),質(zhì)量塊受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力作用,發(fā)生與加速度成正比 a 的形變,使懸臂梁也隨之產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。該變形被粘貼在懸臂梁上的擴(kuò)散電阻感受到。根據(jù)硅的壓阻效應(yīng),擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生與應(yīng)變成正比的變化,將這個(gè)電阻作為電橋的一個(gè)橋臂,通過測(cè)量電橋輸出電壓的變化可以完成對(duì)加速度的測(cè)量。
線加速度計(jì)的原理是慣性原理,也就是力的平衡,A(加速度)=F(慣性力)/M(質(zhì)量) 我們只需要測(cè)量 F 就可以了。怎么測(cè)量 F?用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到 F 對(duì)應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。
所謂的壓電效應(yīng)就是 “對(duì)于不存在對(duì)稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外,還將改變晶體的極化狀態(tài),在晶體內(nèi)部建立電場(chǎng),這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng) ”。
一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓,只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系,就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然,還有很多其它方法來制作加速度傳感器,比如壓阻技術(shù),電容效應(yīng),熱氣泡效應(yīng),光效應(yīng),但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形,通過測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的機(jī)會(huì)和問題。
壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展最快。由于安全性越來越成為汽車制造商的賣點(diǎn),這種附加系統(tǒng)也越來越多。
壓電技術(shù)主要在工業(yè)上用來防止機(jī)器故障,使用這種傳感器可以檢測(cè)機(jī)器潛在的故障以達(dá)到自保護(hù),及避免對(duì)工人產(chǎn)生意外傷害,這種傳感器具有用戶,尤其是質(zhì)量行業(yè)的用戶所追求的可重復(fù)性、穩(wěn)定性和自生性。但是在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域,很多用戶尚無使用這類傳感器的意識(shí),銷售商冒險(xiǎn)進(jìn)入這種尚待開發(fā)的市場(chǎng)會(huì)麻煩多多,因?yàn)榻K端用戶對(duì)由于使用這種傳感器而帶來的問題和解決方法都認(rèn)識(shí)不多。如果這些問題能夠得到解決,將會(huì)促進(jìn)壓電傳感器得到更快的發(fā)展。
使用加速度傳感器有時(shí)會(huì)碰到低頻場(chǎng)合測(cè)量時(shí)輸出信號(hào)出現(xiàn)失真的情況,用多種測(cè)量判斷方法一時(shí)找不出故障出現(xiàn)的原因,經(jīng)過分析總結(jié),導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真的因素主要是:系統(tǒng)低頻響應(yīng)差,系統(tǒng)低頻信噪比差,外界環(huán)境對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響。 所以,只要出現(xiàn)加速度傳感器低頻測(cè)量信號(hào)失真情況,對(duì)比以上三點(diǎn)看看是哪個(gè)因素造成的,有針對(duì)性的進(jìn)行解決。
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