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压电加速度传感器的工作原理
- 2021-04-21-

  压电加速度传感器的原理是惯性原理,也就是力的平衡,A(加速度)=F(惯性力)/M(质量)我们只需求丈量F就可以了。怎样丈量F?用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F对应于电流的关系。只需求用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。

  现代科技恳求压电加速度传感器低价、性能优越、易于大批量生产。在诸如军工、空间系统、科学丈量等范畴,需求使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。以传统加工方法制造的加速度传感器难以整体满足这些恳求。于是应用新兴的微机械加工技术制造的微加速度传感器应运而生。这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、本钱低、可靠性高、易于完成数字化和智能化。而且,由于微机械结构制造准确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产,它的性能价钱比很高。可以预见在不久的将来,它将在加速度传感器市场中占主导位置。

  压电加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等方式。

  压电加速度传感器是应用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力,压电材料受此力作用后沿其表面构成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感用具有动态范围大、频率范围宽、稳固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需求外界电源等特性,是被普遍使用的振动丈量传感器。固然压电式加速度传感器的结构简单,商业化使用历史也很长,但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关,因此在市场上销售的同类传感器性能的理论参数以及其稳定性和分歧性差别大。与压阻和电容式相比,其缺陷是压电式加速度传感器不能丈量零频率的信号。

  压电加速度传感器整个组件装在一个原基座上,并用金属壳体加以封罩。为了隔离试件的应变传送到压电元件上去,基座尺寸较大。测试时传感器的基座与测试件刚性衔接。当测试件的振动频率远低于传感器的谐振频率时,传感器输出电荷(或电压)与测试件的加速度成正比,经电荷放大器或电压放大器即可测出加速度。

  应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻丈量电桥,其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。现代微加工制造技术的展开使压阻方式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适宜各种不同的丈量恳求。在灵敏度和量程方面,从低灵敏度高量程的冲击丈量,到直流高灵敏度的低频丈量都有压阻方式的加速度传感器。同时压阻式加速度传感器丈量频率范围也可从直流信号到具有刚度高,丈量频率范围到几十千赫兹的高频丈量。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。需求指出的是固然压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性,但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围普通要小于压电型传感器。压阻式加速度传感器的另一缺陷是受温度的影响较大,适用的传感器普通都需求中止温度补偿。在价钱方面,大批量使用的压阻式传感器本钱价具有很大的市场竞争力,但对特殊使用的敏感芯体制构成本将远高于压电型加速度传感器。


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