振荡加速度传感器的作业原理解析

最常用的振动加快度传感器是压电式加快度计。这种类型的传感器具有十分广泛的动态丈量规模。还有许多其他类型的加快度计被用于丈量很低频率的加快度，例如轿车的制动，提升机的运转状况，甚至于地球发生的重力加快度。这些丈量项目首要依托压阻、电容和伺服技能。

压电式加快度传感器

压电式加快度计巩固耐用，结构紧凑，频率响应规模宽，适用于监测滚动轴承等很高频率的振动。压电式加快度传感器是惯性式传感器，采纳在机器外壳设备的结构。

压电传感器这些固有特性是因为运用压电资料作为活络元件。传感器的震动质量块在加快度效果下发生惯性力，这个力对具有必定刚度的压电元件发生压电效应。在低于震动质量固有频率的一个频率规模内，传感器输出的电量与加快度成正比。压电加快度计的典型频率响应如下图所示。

压电效应与压电资料

某些资料遭到必定方向的外力F而发生变形时，在必定外表上发生电荷q，当外力吊销后，康复到不带电状况，这种现象称为压电效应。相反，假如这些资料在极化方向被外电场效果，就会在必定方向发生机械变形或应力，假如撤消外电场，这些变形或应力也随之消失，这种现象称为逆压电效应，即电致弹性效应。压电活络元件是由压电资料外表镀金属膜构成的，其等效电路为电容器，如下图所示。

假如从晶体中切下一个平行六面体，并使其晶面别离平行于z、y和z轴。这个晶片在天然状况下不显电性，受外力效果时，将沿x轴方向构成电场，其电荷分布于垂直于z轴的平面。沿z轴方向加力F、发生纵向压电效应，沿 y轴加力F，发生横向压电效应，沿相对两平面加力发生切向压电效应，如下图所示。

依据传感器的作业形式，压电加快度计能够分为两种首要类型∶内置电子仪器压电型，即 IEPE（Internal electronic piezoelectric，内置电子仪器的压电型）型，包括内置微电子信号调度器;而电荷型加快度计只要自源式的压电活络元件。

电阻/压阻式加快度传感器

电阻式加快度计运用应变计作为活络元件。当底座被加快时，经过悬臂梁传送的力使质量块发生加快度。用应变计丈量梁的挠曲，为取最大活络度，一般选用压阻式应变计，而且由四个应变计组成惠斯登电桥。在壳体内灌注阻尼流体，作为振动阻尼。这种加快度计的丈量规模到达士1000g。可是，它的固有频率一般较低，运用频率的上限仅为几百赫兹。尽管某些产品的频率上限可达1～2kHz，可是比压电传感器的频率上限低许多。应变计加快度计的价格比压电加快度计廉价许多。

现代压阻加快度计选用 MEMS（Micro-electro- mechanical Systems，微型机电体系）技能制作。在这种加快度计中，应变计被直接分散到挠曲元件上，因而半导体硅既是挠曲原件又是传感元件。因为挠曲原件的刚度大，所以频率规模广。一起具有尺度小，活络度高（压阻应变计的活络系数是金属应变计的 25～50 倍），信噪比大，线性和安稳性好的特色。假如进行恰当的温度补偿，作业温度为一20～120℃。

电容式加快度传感器

MEMS电容式加快度计的活络元件用静电键合工艺构成平板电容器，具有频响规模宽，低频直至零频，功能安稳，结构巩固，运用方便的特色。内置电子电路，供给高电平、低阻抗输出。尽管规划的加快度丈量值较低，可是能够接受很大的加快度冲击。适用于弹道监督、结构评价、颤振实验，轿车悬架和制动器实验等使用。

伺服式加快度传感器

伺服式加快度计即力平衡式加快度计，其作业原理如下图所示。

在这种设备中，加快度引起摆块的细微移动。该移动被方位活络元件丈量，而且经过反应网络发生驱动扭矩马达的电压，使得摆块向回移动，挨近它的初始方位。所需的扭矩与加快度成正比，所以用于驱动扭矩马达的电压便是加快度的衡量。伺服加快度计十分精准，大量地使用于飞机导航体系和卫星控制体系。它的线加快度丈量规模可到达 50g，而且还能够丈量角加快度。因为其固有频率低，一般低于200Hz，所以首要用于静态和低频的丈量。
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