加速度傳感器的工作原理及分類
一、定義:能感受加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器被稱為加速度傳感器。
二、分類
1、壓電式:壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應(yīng),在加速度計(jì)受振時(shí),質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí),則力的變化與被測加速度成正比。
2、壓阻式:基于世界領(lǐng)先的MEMS硅微加工技術(shù),壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn),易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中,廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、測試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測等領(lǐng)域。
3、電容式:電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計(jì)是比較通用的加速度傳感器。在某些領(lǐng)域無可替代,如安全氣囊,手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計(jì)采用了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝,在大量生產(chǎn)時(shí)變得經(jīng)濟(jì),從而保證了較低的成本。
4、伺服式:伺服式加速度傳感器是一種閉環(huán)測試系統(tǒng),具有動(dòng)態(tài)性 能好、動(dòng)態(tài)范圍大和線性度好等特點(diǎn)。其工作原理,傳感器的振動(dòng)系統(tǒng)由 “m-k”系統(tǒng)組成,與一般加速度計(jì)相同,但質(zhì)量m上還接著一個(gè)電磁線圈,當(dāng)基座上有 加速度輸入時(shí),質(zhì)量塊偏離平衡位置,該位移大小由位移傳感器檢測出來,經(jīng)伺服放大器 放大后轉(zhuǎn)換為電流輸出,該電流流過電磁線圈,在永久磁鐵的磁場中產(chǎn)生電磁恢復(fù)力,力圖使質(zhì)量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上,所以伺服加速度傳感器在閉環(huán)狀態(tài)下工作。由于有反饋?zhàn)饔?/span>,增強(qiáng)了抗干擾的能力,提高測量精度,擴(kuò)大了測量范圍,伺服加速度測量技術(shù)廣泛地應(yīng)用于慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中,在高精度的振動(dòng)測量和標(biāo)定中也有應(yīng)用。
三、壓電式加速度傳感器的信號輸出形式:
(1)電荷輸出型:
傳統(tǒng)的壓電加速度計(jì)通過內(nèi)部敏感芯體輸出一個(gè)與加速度成正比的電荷信號。實(shí)際使用中傳感器輸出的高阻抗電荷信號必須通過二次儀表將其轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓信號才能讀取。由于高阻抗電荷信號非常容易受到干擾,所以傳感器到二次儀表之間的信號傳輸必須使用低噪聲屏蔽電纜。由于電子器件的使用溫度范圍有限,所以高溫環(huán)境下的測量一般還是使用電荷輸出型。
(2)IEPE輸出型
IEPE型壓電加速度計(jì)既工程人員稱之的ICP型壓電加速度計(jì),也稱為低阻抗電壓輸出型加速度計(jì)。壓電傳感器換能器輸出的電荷通過裝在傳感器內(nèi)部的前置放大器轉(zhuǎn)換成低阻抗的電壓輸出,而IEPE型傳感器則為二線輸出形式,采用恒電流電壓源供電,直流供電和信號使用同一根線的方式,因?yàn)橹绷麟姴糠衷诤汶娏麟娫吹妮敵龆诵枰ㄟ^高通濾波器濾去雜波信號。
IEPE型傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是測量信號質(zhì)量好、噪聲小、抗外界干擾能力強(qiáng)和測量 距離遠(yuǎn),特別是隨著科技的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)有很多新型的數(shù)采系統(tǒng)很多都已配備恒流電壓源,因此,IEPE傳感器能與數(shù)采系統(tǒng)直接相連而不需要任何其他二次儀表,在振動(dòng)測試中IEPE傳感器已逐漸取代傳統(tǒng)的電荷輸出型壓電加速度計(jì)。
