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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力就可以了。就可以得到F對應于電流的關系。只需求用實驗去標定這個比例系數就行了。當然中間的信號傳輸、放大、濾波就是電路的事了。

  現代科技懇求壓電加速度傳感器低價、性能優越、易于大批量生產。在諸如軍工、空間系統、科學丈量等范疇,需求使用體積小、重量輕、性能穩定的加速度傳感器。以傳統加工方法制造的加速度傳感器難以整體滿足這些懇求。于是應用新興的微機械加工技術制造的微加速度傳感器應運而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動快、本錢低、可靠性高、易于完成數字化和智能化。而且,由于微機械結構制造準確、重復性好、易于集成化、適于大批量生產,它的性能價錢比很高??梢灶A見在不久的將來,它將在加速度傳感器市場中占主導位置。

  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用彈簧質量系統原理。敏感芯體質量受振動加速度作用后產生一個與加速度成正比的力,壓電材料受此力作用后沿其表面構成與這一力成正比的電荷信號。壓電式加速度傳感用具有動態范圍大、頻率范圍寬、穩固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產生電荷信號不需求外界電源等特性,是被普遍使用的振動丈量傳感器。固然壓電式加速度傳感器的結構簡單,商業化使用歷史也很長,但因其性能指標與材料特性、設計和加工工藝密切相關,因此在市場上銷售的同類傳感器性能的理論參數以及其穩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。

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

  應變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導體材料制成電阻丈量電橋,其結構動態模型仍然是彈簧質量系統?,F代微加工制造技術的展開使壓阻方式敏感芯體的設計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。同時壓阻式加速度傳感器丈量頻率范圍也可從直流信號到具有剛度高,丈量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻丈量。超小型化的設計也是壓阻式傳感器的一個亮點。需求指出的是固然壓阻敏感芯體的設計和應用具有很大靈活性,但對某個特定設計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償。在價錢方面,大批量使用的壓阻式傳感器本錢價具有很大的市場競爭力,但對特殊使用的敏感芯體制構成本將遠高于壓電型加速度傳感器。


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