加速度傳感器及壓電式傳感器應(yīng)用

1、加速度傳感器及壓電式傳感器應(yīng)用摘要：摘要：加速度傳感器是一種慣性傳感器它能感受加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，被廣泛用于航空航天、武器系統(tǒng)、汽車、消費(fèi)電子等。通過加速度的測量，本文簡單介紹了加速度傳感器的種類、原理及相關(guān)應(yīng)用并著重介紹了壓電式加速度傳感器。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：加速度，傳感器，應(yīng)用一加速度傳感器概況加速度檢測是基于測試儀器檢測質(zhì)量敏感加速度產(chǎn)生慣性力的測量，是一種全自主的慣性測量，加速度檢測廣泛應(yīng)用于航天、航空和航海的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及

2、運(yùn)載武器的制導(dǎo)系統(tǒng)中，在振動(dòng)試驗(yàn)、地震監(jiān)測、爆破工程、地基測量、地礦勘測等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。測量加速度，目前主要是通過加速度傳感器（俗稱加速度計(jì)），并配以適當(dāng)?shù)臋z測電路進(jìn)行的，在(1～64)Hz的設(shè)備頻率下典型的加速度測量范圍為(01～10)g。。加速度傳感器的種類繁多，依據(jù)對(duì)加速度計(jì)內(nèi)檢測質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力的檢測方式來分，加速度計(jì)可分為壓電式、壓阻式、應(yīng)變式、電容式、振梁式、磁電感應(yīng)式、隧道電流式、熱電式等；按檢測質(zhì)量的支承方式來分

3、，則可分為懸臂梁式、擺式、折疊梁式、簡支承梁式等。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，當(dāng)輸入加速度時(shí)，加速度通過質(zhì)量塊形成的慣性力加在壓電材料上，壓電材料產(chǎn)生的變形和由此產(chǎn)生的電荷與加速度成正比，輸出電量經(jīng)放大后就可檢測出加速度大小。下表為部分加速度計(jì)的檢測方法及其主要性能特點(diǎn)。型式測量范圍靈偏穩(wěn)定性分辨力特點(diǎn)壓電式(5~)g105(~)g10?410?3(~)g10?210?5固有頻率較高，用于沖擊及振動(dòng)測量，大地測量及慣性

4、導(dǎo)航等應(yīng)變式(0.5~200)g低頻響應(yīng)較好，固有頻率低，適用于低頻振動(dòng)測量壓阻式(20~)105g靈敏度較高，便于集成化，耐沖擊，易受溫度影響液浮擺式(1~15)g(~)g10?610?4(~)g10?610?4帶力反饋和溫控，分辨力高，成本較高，適用于慣性導(dǎo)航有很大靈活性，但對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在價(jià)格方面，

5、大批量使用的壓阻式傳感器成本價(jià)具有很大的市場競爭力，但對(duì)特殊使用的敏感芯體制造成本將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。電容式電容型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運(yùn)動(dòng)而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較??；但不足之處表現(xiàn)在信號(hào)的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身

6、是高阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過后繼電路給于改善。在實(shí)際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。二壓電式加速度傳感器測量原理壓電加速度傳感器采用具有壓電效應(yīng)的壓電材料作基本元件是以壓電材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器。這些壓電材料當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)的表面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷

7、當(dāng)外力去掉后又重新恢復(fù)不帶電的狀態(tài)當(dāng)作用力的方向改變時(shí)電荷的極性也隨著改變。壓電加速度傳感器的原理如圖一所示。實(shí)際測量時(shí)將圖中的支座與待測物剛性地固定在一起。當(dāng)待測物運(yùn)動(dòng)時(shí)支座與待測物以同一加速度運(yùn)動(dòng)壓電元件受到質(zhì)量塊與加速度相反方向的慣性力的作用在晶體的兩個(gè)表面上產(chǎn)生交變電荷(電壓)。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)傳感器的輸出電荷(電壓)與作用力成正比。由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量