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三轴加速度传感器工作原理

文章出处:作者:人气:发表时间:2015-01-19 10:37:20

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。

我们知道加速度传感器是能够去测量加速力的电子设备。大多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作完成的。谈到的压电效应就是对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外,还将改变晶体的极化状态,在晶体内部建立电场,这种由于机械力作用使介质发生极化的现象,加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性,晶体变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。

多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。

一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。当然,还有很多其它方法来制作加速度传感器,比如压阻技术,电容效应,热气泡效应,光效应,但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形,通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。

目前的三轴加速度传感器大多采用压阻式、压电式和电容式工作原理,产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化,通过相应的放大和滤波电路进行采集。这个和普通的加速度传感器是基于同样的一个原理,所以在一定的技术上三个单轴就可以变成一个三轴。对于多数的传感器应用来看,两轴的加速度传感器已经能满足多数应用。但是有些方面的应用还是集中在三轴加速度传感器中例如在数采设备,贵重资产监测,碰撞监测,测量建筑物振动,风机,风力涡轮机和其他敏感的大型结构振动。

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙,变面积,变介电常量三种,差容式力平衡加速度传感器利用变间隙,且用差动式的结构,它优点是结构简单,动态响应好,能实现无接触式测量,灵敏度好,分辨率强,能测量0.01um甚至更微小的位移,但是由于本身的电容量一般很小,仅几pF至几百pF,其容抗可高达几MΩ至几百MΩ,所以对绝缘电阻的要求较高,并且寄生电容(引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等)不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路,使电子线路紧靠传感器的极板,使寄生电容,非线性等缺点不断得到克服。

在加速度传感器中有一种是三轴加速度传感器,同样的他是基于加速度的基本原来去实现工作的,加速度是个空间矢量,一方面,要准确了解物体的运动状态,必须测得其三个坐标轴上的分量;另一方面,在预先不知道物体运动方向的场合下,只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点,可以测量空间加速度,能够全面准确反映物体的运动性质,在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。

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