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加速度傳感器

加速度傳感器測(cè)速原理及電路圖

發(fā)布日期:2022-10-09 點(diǎn)擊率:242

什么是加速度傳感器

速度傳感器,英文名稱(chēng)為acceleration transducer, 是一種利用感受加速度并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方式來(lái)測(cè)量加速力(加速力即指作用于物體上使物體處于加速過(guò)程中的力)的設(shè)備。目前已在汽車(chē)安全、智能產(chǎn)品、游戲控制等眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

加速度傳感器的工作原理

敏感元件將測(cè)點(diǎn)的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào),進(jìn)入前置放大電路,經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路改善信號(hào)的信噪比,再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào),最后送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示。

當(dāng)傳感元件以加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí),質(zhì)量塊受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力作用,發(fā)生與加速度成正比a的形變,使懸臂梁也隨之產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。該變形被粘貼在懸臂梁上的擴(kuò)散電阻感受到。根據(jù)硅的壓阻效應(yīng),擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生與應(yīng)變成正比的變化,將這個(gè)電阻作為電橋的一個(gè)橋臂,通過(guò)測(cè)量電橋輸出電壓的變化可以完成對(duì)加速度的測(cè)量。

當(dāng)待測(cè)物運(yùn)動(dòng)時(shí),支座和待測(cè)物同時(shí)加速運(yùn)動(dòng)。壓電元件受質(zhì)量塊與加速度相反方向的慣性力作用,就在晶體2個(gè)表面產(chǎn)生交變電荷(電壓)。當(dāng)振動(dòng)頓率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí),傳感器的輸出電荷(電壓)正比于作用力2

線(xiàn)加速度計(jì)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) 我們只需要測(cè)量F就可以了。怎么測(cè)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。只需要用實(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。

加速度傳感器自然是對(duì)自身器件的加速度進(jìn)行檢測(cè)。其自身的物理實(shí)現(xiàn)方式咱們就不去展開(kāi)了,可以想象芯片內(nèi)部有一個(gè)真空區(qū)域,感應(yīng)器件即處于該區(qū)域,其通過(guò)慣性力作用引起電壓變化,并通過(guò)內(nèi)部的ADC給出量化數(shù)值。

加速度傳感器的應(yīng)用

多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來(lái)工作的所謂的壓電效應(yīng)就是 "對(duì)于不存在對(duì)稱(chēng)中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外,還將改變晶體的極化狀態(tài),在晶體內(nèi)部建立電場(chǎng),這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng) "。

一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓,只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系,就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然,還有很多其它方法來(lái)制作加速度傳感器,比如壓阻技術(shù),電容效應(yīng),熱氣泡效應(yīng),光效應(yīng),但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形,通過(guò)測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的機(jī)會(huì)和問(wèn)題。

壓阻式加速度傳感器由于在汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展最快,加速度傳感器主要用于汽車(chē)安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。由于安全性越來(lái)越成為汽車(chē)制造商的賣(mài)點(diǎn),這種附加系統(tǒng)也越來(lái)越多。壓阻式加速度傳感器2000年的市場(chǎng)規(guī)模約為4.2億美元,根據(jù)有關(guān)調(diào)查,預(yù)計(jì)其市值將按年平均4.1%速度增長(zhǎng),至2007年達(dá)到5.6億美元。這其中,歐洲市場(chǎng)的速度最快,因?yàn)闅W洲是許多安全氣囊和汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的所在地。


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