壓阻式加速度傳感器的基礎(chǔ)參數(shù)詳解

加速度傳感器是通過測(cè)量質(zhì)量塊的慣性力，利用牛頓第二定律得到加速度值的。常用的傳感器有電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等?，F(xiàn)在它被廣泛的應(yīng)用在汽車安全、智能產(chǎn)品、游戲控制等許多領(lǐng)域?？焖賯鞲衅鞣诸惻c原理。
根據(jù)牛頓第二定律：A(加速)=F(力)/M(質(zhì)量)
只要測(cè)量力F，就可以得到一個(gè)已知質(zhì)量的物體的加速度。
        通過對(duì)這類力的平衡，得到了力和電流(電壓)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了加速度傳感器的設(shè)計(jì)。所以，加速度傳感器的本質(zhì)就是由于受力而使敏感元件變形。測(cè)得其形變，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓輸出，可得到相應(yīng)的加速度信號(hào)。
        通常來說，它可以分為四類：壓電加速度傳感器、壓電加速度傳感器、電容加速度傳感器、伺服加速度傳感器。一是壓電加速度傳感器。
壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)。某些晶體在某一方向上變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生極化，同時(shí)在兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力作用被除去后，又回復(fù)為無電狀態(tài)，這叫做壓電效應(yīng)。有壓電效應(yīng)的晶體叫做壓電晶體。常見的壓電晶體有應(yīng)時(shí)、壓電陶瓷等。
        加質(zhì)量塊的作用力也隨加速度計(jì)振蕩后而發(fā)生變化。在測(cè)量到的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，其變化與被測(cè)加速度成正比。
        彈簧M是質(zhì)量塊B是底座P是壓電元件R是夾環(huán)。
        壓電式安裝在中間，壓電元件-質(zhì)量塊-彈簧系統(tǒng)安裝在圓心支柱上，支柱與底座連接。它具有高的共振頻率。但是，當(dāng)?shù)鬃鵅連接到測(cè)試對(duì)象時(shí)，如果底座B變形，將直接影響拾振器的輸出。另外，測(cè)試對(duì)象和環(huán)境溫度的變化會(huì)影響壓電元件，使預(yù)緊力發(fā)生變化，容易引起溫度漂移。
        環(huán)狀剪切型，用夾環(huán)將壓電元件夾入三角中心柱。壓電元件在感受到軸向振動(dòng)時(shí)，會(huì)承受切應(yīng)力。該結(jié)構(gòu)對(duì)基座變形和溫度變化有良好的隔離作用，具有較高的諧振頻率和良好的線性。三角剪，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可制作出極小的、高共振頻率的加速度計(jì)，環(huán)形質(zhì)量塊與安裝在中心柱上的環(huán)形壓電元件相連。當(dāng)溫度升高時(shí)，粘合劑會(huì)軟化，因此最高工作溫度是有限的。壓電式加速度傳感器有較大的動(dòng)態(tài)范圍、寬頻范圍、堅(jiān)固耐用、外部干擾小、自產(chǎn)生壓電材料的電荷信號(hào)不需要任何外部電源等特點(diǎn)。該傳感器應(yīng)用最廣，應(yīng)用最廣。壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器是首批基于硅微加工技術(shù)開發(fā)的硅微加速度傳感器，壓阻式加速度傳感器一般采用硅梁外質(zhì)量塊，
質(zhì)量塊在慣性力的作用下上下運(yùn)動(dòng)，使懸臂梁上的電阻值隨著應(yīng)力的作用而變化，使測(cè)量橋梁輸出電壓發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)加速度測(cè)量。
壓阻式加速度傳感器原理圖壓阻式硅微加速度傳感器有許多典型結(jié)構(gòu)形式，包括懸臂梁、雙臂梁、4梁以及雙島5梁。
在較小的加速度作用下，質(zhì)量塊可以增大懸臂梁的應(yīng)力，提高傳感器的輸出靈敏度。
質(zhì)塊的作用會(huì)使懸臂梁上的應(yīng)力超過屈服應(yīng)力，變形過大，導(dǎo)致懸臂斷裂。所以，采用高gn值加速度時(shí)，單臂、雙臂梁采用質(zhì)量塊和梁厚等效的結(jié)構(gòu)形式。
雙臂梁結(jié)構(gòu)基于MEMS微細(xì)加工技術(shù)，具有體積小、功耗低等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，并可廣泛用于汽車碰撞試驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
隨著現(xiàn)代微細(xì)加工制造技術(shù)的發(fā)展，為滿足不同測(cè)量需求，設(shè)計(jì)了壓阻敏芯具有很大的靈活性。
就靈敏度和范圍而言，由低靈敏度、大范圍沖擊測(cè)量到低頻DC高靈敏度測(cè)量，都有壓阻式加速度傳感器。
        壓阻式加速度傳感器的頻率范圍可由DC信號(hào)轉(zhuǎn)換為高剛度、頻率范圍為幾十kHz的高頻測(cè)量。超級(jí)微型設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。值得注意的是，盡管壓阻敏感芯的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大的靈活性，但其設(shè)計(jì)的壓阻芯一般應(yīng)用范圍要小于它。
        電容式加速度傳感器3電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器是根據(jù)電容原理設(shè)計(jì)的電容式傳感器。電容型加速度傳感器、電容式加速度計(jì)是一種常用的加速度傳感器。電容器加速度傳感器原理圖在一些領(lǐng)域如氣囊、手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域是不可替代的。由于采用了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，電容式加速度傳感器/電容式加速度計(jì)在大批量生產(chǎn)時(shí)具有經(jīng)濟(jì)性，且成本低。
        電容型加速度傳感器4伺服式加速度傳感器伺服式加速度傳感器工作在閉環(huán)狀態(tài)，振動(dòng)系統(tǒng)由m-k系統(tǒng)組成，電磁線圈連接在m處。在有加速度輸入時(shí)，位移檢測(cè)器會(huì)將位移檢測(cè)器檢測(cè)出平衡位置，然后由伺服放大器輸出電流。電流通過電磁線圈，在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁恢復(fù)力，使m恢復(fù)到平衡位置。由于伺服加速度傳感器抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)性好、測(cè)量精度高，在慣性導(dǎo)航、慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。