振动加速度传感器的工作原理解析-MEMS/传感技术-飞外网

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振动加速度传感器的工作原理解析 来源:聚华光学•作者:聚华光学• 2020-12-31 15:36 • 次阅读 • 个评论

最常用的振动加速度传感器是压电式加速度计。这种类型的传感器具有非常广泛的动态测量范围。还有很多其他类型的加速度计被用于测量很低频率的加速度,例如汽车的制动,提升机的运行状态,甚至于地球产生的重力加速度。这些测量项目主要依靠压阻、电容和伺服技术。

压电式加速度传感器

压电式加速度计坚固耐用,结构紧凑,频率响应范围宽,适用于监测滚动轴承等很高频率的振动。压电式加速度传感器是惯性式传感器,采取在机器外壳安装的结构。

压电传感器这些固有特性是因为使用压电材料作为敏感元件。传感器的震荡质量块在加速度作用下产生惯性力,这个力对具有一定刚度的压电元件产生压电效应。在低于震荡质量固有频率的一个频率范围内,传感器输出的电量与加速度成正比。压电加速度计的典型频率响应如下图所示。

压电效应与压电材料

某些材料受到一定方向的外力F而发生变形时,在一定表面上产生电荷q,当外力撤销后,恢复到不带电状态,这种现象称为压电效应。相反,如果这些材料在极化方向被外电场作用,就会在一定方向产生机械变形或应力,如果撤除外电场,这些变形或应力也随之消失,这种现象称为逆压电效应,即电致伸缩效应。压电敏感元件是由压电材料表面镀金属膜构成的,其等效电路为电容器,如下图所示。

如果从晶体中切下一个平行六面体,并使其晶面分别平行于z、y和z轴。这个晶片在自然状态下不显电性,受外力作用时,将沿x轴方向形成电场,其电荷分布于垂直于z轴的平面。沿z轴方向加力F、产生纵向压电效应,沿 y轴加力F,产生横向压电效应,沿相对两平面加力产生切向压电效应,如下图所示。

根据传感器的工作模式,压电加速度计可以分为两种主要类型∶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,包含内置微电子信号调理器;而电荷型加速度计只有自源式的压电敏感元件。

电阻/压阻式加速度传感器

电阻式加速度计使用应变计作为敏感元件。当底座被加速时,通过悬臂梁传送的力使质量块产生加速度。用应变计测量梁的挠曲,为取最大灵敏度,通常采用压阻式应变计,并且由四个应变计组成惠斯登电桥。在壳体内灌注阻尼流体,作为振荡阻尼。这种加速度计的测量范围达到士1000g。然而,它的固有频率一般较低,使用频率的上限仅为几百赫兹。虽然某些产品的频率上限可达1~2kHz,但是比压电传感器的频率上限低很多。应变计加速度计的价格比压电加速度计便宜很多。

现代压阻加速度计采用 MEMS(Micro-electro- mechanical Systems,微型机电系统)技术制造。在这种加速度计中,应变计被直接扩散到挠曲元件上,因此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,所以频率范围广。同时具有尺寸小,灵敏度高(压阻应变计的灵敏系数是金属应变计的 25~50 倍),信噪比大,线性和稳定性好的特点。如果进行适当的温度补偿,工作温度为一20~120℃。

电容式加速度传感器

MEMS电容式加速度计的敏感元件用静电键合工艺构成平板电容器,具有频响范围宽,低频直至零频,性能稳定,结构坚固,使用方便的特点。内置电子电路,提供高电平、低阻抗输出。虽然设计的加速度测量值较低,但是能够承受很大的加速度冲击。适用于弹道监视、结构评估、颤振试验,汽车悬架和制动器试验等应用。

伺服式加速度传感器

伺服式加速度计即力平衡式加速度计,其工作原理如下图所示。

在这种装置中,加速度引起摆块的轻微移动。该移动被位置敏感元件测量,并且通过反馈网络产生驱动扭矩马达的电压,使得摆块向回移动,接近它的初始位置。所需的扭矩与加速度成正比,所以用于驱动扭矩马达的电压就是加速度的度量。伺服加速度计非常精准,大量地应用于飞机导航系统和卫星控制系统。它的线加速度测量范围可达到 50g,并且还可以测量角加速度。由于其固有频率低,通常低于200Hz,所以主要用于静态和低频的测量。
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17:17:193592加速度传感器工作原理及分类加速度传感器是一种能够测量加速力,将加速度转换为电信号的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。加速度计有两种:一种是角加速度计,是由陀螺仪(角速度传感器)的改进的。另一种就是线加速度计。2016-11-22 11:59:4411155加速度传感器的应用详解加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力也就是当物体在加速过程中作用在物体上的力。加速度传感器有两种:一种是角加速度传感器,是由陀螺仪改进过来的。另一种就是加速度传感器。它也可以按测量轴分为单轴、双轴和三轴加速度传感器。2016-11-15 11:27:291192利用加速度传感器计算倾角利用加速度传感器计算倾角,有想法的可以看看。2016-07-16 10:39:5252加速度传感器的几种应用加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力也就是当物体在加速过程中作用在物体上的力。加速度传感器有两种:一种是角加速度传感器,是由陀螺仪改进过来的。另一种就是线加速度传感器。2016-05-23 18:04:211368关于炫酷的加速度传感器的几种应用 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备,广泛应用于汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探以及安全保卫振动侦察等多种领域。下面就举例几个例子,让大家更好的认识加速度传感器。2015-09-24 09:45:37887详解加速度传感器的几种应用现在,加速度传感器广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探、振动测试与分析以及安全保卫振动侦察等多种领域。2015-04-27 10:11:241749带你了解加速度传感器的几种应用加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力也就是当物体在加速过程中作用在物体上的力。加速度传感器有两种:一种是角加速度传感器,是由陀螺仪改进过来的。另一种就是线加速度传感器。它也可以按测量轴分为单轴、双轴和三轴加速度传感器。2014-12-25 17:52:027039加速度传感器ADXL50在导弹行军中的应用在导弹车载行军过程中,车上的导弹会受到各种振动的冲击影响,这种振动冲击如果过大则会造成导弹的损伤或损坏。在此介绍了一种基于ADXL50单片集成加速度传感器的加速度测量方法,用于检测导弹在车载行军过程中受到的振动冲击。2014-07-08 15:06:531160加速度传感器本专题介绍了加速度传感器原理,加速度传感器应用及分类等知识。具体涵盖压电式加速度传感器、三轴加速度传感器、霍尔速度传感器、mems加速度传感器等速度传感器,其中也概述了三轴陀螺仪、mems加速度计相关知识及应用资料等。2012-04-28 17:26:44压电式加速度传感器原理与选型压电式加速度传感器是利用弹簧质量系统原理。压电式加速度传感器最大的缺点是不能测量零频率的信号。2011-12-12 17:23:2511744热对流式加速度传感器原理及应用一提到加速度计传感器,人们会习惯性地想到高昂的价格及其传统的应用领域一高档汽车。的确,以往的加速度计传感器由于其特定的工作原理和复杂的微机械加工工艺,导致其制造成2011-09-06 14:38:3043OBD弱加速度传感器弱加速度传感器的作用汽车abs防抱死系统转速传感器结构原理解析,传感器的功用是检测车轮的速度,并将速度信号输入abs的电控单元。2011-03-08 17:54:34117加速度传感器的简述加速度传感器的简述2011-01-09 22:43:13112iMEMS加速度传感器ADXL345 iMEMS加速度传感器ADXL345 iMEMS 半导体技术把微型机械结构与电子电路集成在同一颗芯片上。iMEMS加速度传感器就是利用这种技术,实现对单轴、双轴甚至三轴加速度进2010-09-14 11:22:132845什么是加速度传感器什么是加速度传感器加速度是物体运动的速度随时间的变化率,是描述物体运动速度的大小和方向变化的物理量。加速度传感器就是2010-04-01 16:50:311329加速度传感器原理MEMSIC 器件是基于单片 CMOS 集成电路制造工艺而生产出来的一个完整的双轴加速度测量系统就像其它加速度传感器有重力块一样MEMSIC 器件是以可移动的热对流小气团作为重力块器件通2010-03-04 10:21:08117加速度传感器原理与应用简介加速度传感器原理与应用简介 1、什么是加速度传感器 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子2009-11-25 09:53:092699日本富士加速度传感器日本富士加速度传感器富士是日本目前最大的加速度传感器制造商,其OEM产品的份额约占日本加速度传感器市场的50%,以下是富士部分型号的加速2009-10-21 15:03:14349微机械加速度传感器性能的等效电学模拟建立了微机械电容式加速度传感器的等效电学模型,通过振动特性的等效电路模型分析了加速度传感器对正弦加速度信号,阶跃加速度信号,及存在反馈时的直流加速度信号的振动位2009-07-13 09:47:0120汽车安全气囊加速度传感器的研究论述了汽车安全气囊系统及其加速度传感器的基本结构和原理, 并提供了该类传感器的重要技术数据1关键词: 传感器; 安全气囊; 加速度2009-07-09 13:43:3761压电加速度传感器电路图压电加速度传感器电路图2009-07-06 13:30:101885便携式微弱振动加速度测量系统为提高现有的加速度传感器的灵敏度,采用专用电荷放大器,同已有的数据采集器和测量分析软件集成,组成了便携式“微弱振动信号加速度测量系统”。实践表明,本系统能对微弱的振2009-06-30 09:57:1416流动电势用于角加速度传感器的研究分析和讨论了一种新型角加速度传感器的工作原理与设计方法. 该传感器是根据流动电势效应,直接将角加速度信号转换为电信号输出的. 和其它形式的角加速度传感器相比,它具有结2009-06-22 10:54:018流动电势用于角加速度传感器的研究分析和讨论了一种新型角加速度传感器的工作原理与设计方法. 该传感器是根据流动电势效应,直接将角加速度信号转换为电信号输出的. 和其它形式的角加速度传感器相比,它具有结2009-06-16 15:48:0535压电加速度传感器性能实验 压电加速度传感器性能实验原理:压电式传感器是一种典型的有源传感器(发电型传感器),压电传感元件是力敏感元件,在2009-03-06 16:04:392836霍尔加速度传感器霍尔加速度传感器图31 示出霍尔加速度传感器的结构原理和静态特性曲线。在盒体的O 点上固定均质弹簧片S,片S 的中部U处装一惯性块2009-03-06 10:14:442037微阵列加速度传感器的版图设计微阵列加速度传感器的版图设计微阵列加速度传感器版图设计是依赖于传感阵列布阵的研究。根据上述的回归分析方法确定因子空间中传感器有效的布阵,从而可2009-02-28 11:22:17488加速度传感器在汽车ECS中的应用
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