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壓電加速度傳感器的工作原理
- 2021-04-21-

  壓電加速度傳感器的原理是慣性原理,也就是力的平衡,A(加速度)=F(慣性力)/M(質(zhì)量)我們只需求丈量F就可以了。怎樣丈量F?用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到F對(duì)應(yīng)于電流的關(guān)系。只需求用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。

  現(xiàn)代科技懇求壓電加速度傳感器低價(jià)、性能優(yōu)越、易于大批量生產(chǎn)。在諸如軍工、空間系統(tǒng)、科學(xué)丈量等范疇,需求使用體積小、重量輕、性能穩(wěn)定的加速度傳感器。以傳統(tǒng)加工方法制造的加速度傳感器難以整體滿足這些懇求。于是應(yīng)用新興的微機(jī)械加工技術(shù)制造的微加速度傳感器應(yīng)運(yùn)而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動(dòng)快、本錢低、可靠性高、易于完成數(shù)字化和智能化。而且,由于微機(jī)械結(jié)構(gòu)制造準(zhǔn)確、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批量生產(chǎn),它的性能價(jià)錢比很高。可以預(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái),它將在加速度傳感器市場(chǎng)中占主導(dǎo)位置。

  壓電加速度傳感器有壓阻式、壓電式、電容式等方式。

  壓電加速度傳感器是應(yīng)用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理。敏感芯體質(zhì)量受振動(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)與加速度成正比的力,壓電材料受此力作用后沿其表面構(gòu)成與這一力成正比的電荷信號(hào)。壓電式加速度傳感用具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、穩(wěn)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)不需求外界電源等特性,是被普遍使用的振動(dòng)丈量傳感器。固然壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,商業(yè)化使用歷史也很長(zhǎng),但因其性能指標(biāo)與材料特性、設(shè)計(jì)和加工工藝密切相關(guān),因此在市場(chǎng)上銷售的同類傳感器性能的理論參數(shù)以及其穩(wěn)定性和分歧性差別大。與壓阻和電容式相比,其缺陷是壓電式加速度傳感器不能丈量零頻率的信號(hào)。

  壓電加速度傳感器整個(gè)組件裝在一個(gè)原基座上,并用金屬殼體加以封罩。為了隔離試件的應(yīng)變傳送到壓電元件上去,基座尺寸較大。測(cè)試時(shí)傳感器的基座與測(cè)試件剛性銜接。當(dāng)測(cè)試件的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的諧振頻率時(shí),傳感器輸出電荷(或電壓)與測(cè)試件的加速度成正比,經(jīng)電荷放大器或電壓放大器即可測(cè)出加速度。

  應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻丈量電橋,其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)?,F(xiàn)代微加工制造技術(shù)的展開(kāi)使壓阻方式敏感芯體的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性以適宜各種不同的丈量懇求。在靈敏度和量程方面,從低靈敏度高量程的沖擊丈量,到直流高靈敏度的低頻丈量都有壓阻方式的加速度傳感器。同時(shí)壓阻式加速度傳感器丈量頻率范圍也可從直流信號(hào)到具有剛度高,丈量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻丈量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。需求指出的是固然壓阻敏感芯體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大靈活性,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普通要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺陷是受溫度的影響較大,適用的傳感器普通都需求中止溫度補(bǔ)償。在價(jià)錢方面,大批量使用的壓阻式傳感器本錢價(jià)具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,但對(duì)特殊使用的敏感芯體制構(gòu)成本將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。


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