《加速度传感器》PPT课件.ppt

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1、加速度传感器速度表示物体运动快慢的物理量加速度表示物体运动速度变化快慢的物理量加速度传感器定义能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器图1压电式加速度传感器图2压阻式加速度传感器图3电容式加速度传感器根据牛顿第二定律：A（加速度）=F（力）/M(质量)只需测量作用力F就可以得到已知质量物体的加速度。利用电磁力平衡这个力，就可以得到作用力与电流（电压）的对应关系，通过这个简单的原理来设计加速度传感器。本质是通过作用力造成传感器内部敏感部件发生变形，通过测量其变形并用相关电路转化成电压输出，得到相应的加速度信号。加速度传感器的

2、原理压电式加速度传感器压阻式加速度传感器电容式加速度传感器伺服式加速度传感器加速度传感器的分类某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”。具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。常用的压电晶体有石英、压电陶瓷等。压电式加速度传感器工作原理压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。图4压电效应原理图图a是中央安装压缩型，压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率。然而

3、基座B与测试对象连接时，如果基座B有变形则将直接影响拾振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移。图c为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。加速度计感受轴向振动时，压电元件承受切应力。这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。图b为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。压电式加速度传感器构成图5压电式加速度

4、计的结构S是弹簧M是质量块B是基座P是压电元件R是夹持环。压电式加速度传感器优缺点它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。图6压电式j加速度传感器压电式加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如提电脑的硬盘抗摔保护，目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦压电式加速度传感器应用图7摄像机图8电脑硬盘压阻式加速度传

5、感器是最早开发的硅微加速度传感器（基于MEMS硅微加工技术），压阻式加速度传感器的弹性元件一般采用硅梁外加质量块，质量块由悬臂梁支撑，并在悬臂梁上制作电阻，连接成测量电桥。在惯性力作用下质量块上下运动，悬臂梁上电阻的阻值随应力的作用而发生变化，引起测量电桥输出电压变化，以此实现对加速度的测量。压阻式加速度传感器原理图9压阻式加速度传感器原理图压阻式硅微加速度传感器的典型结构形式有很多种，已有悬臂梁、双臂梁、4梁和双岛-5梁等结构形式。弹性元件的结构形式及尺寸决定传感器的灵敏度、频响、量程等。质量块能够在较小的加速度作用下，

6、使得悬臂梁上的应力较大，提高传感器的输出灵敏度。在大加速度下，质量块的作用可能会使悬臂梁上的应力超过屈服应力，变形过大，致使悬臂梁断裂。为此高gn值加速度拟采用质量块和梁厚相等的单臂梁和双臂梁的结构形式，如图所示。压阻式加速度传感器构成图10单臂梁结构图11双臂梁结构压阻式加速度传感器优缺点优点：体积小、频率范围宽、测量加速度的范围宽，直接输出电压信号，不需要复杂的电路接口，大批量生产时价格低廉，可重复生产性好，可直接测量连续的加速度和稳态加速度.缺点：对温度的漂移较大，对安装和其它应力也较敏感，它不具备某些低gn值测量时

7、所需的准确度。图12压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器已用在步进电机作为动力机械的控制系统中。广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。压阻式加速度传感器应用图13步进电机图14绘图机电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力（气压、液压等）作用下发生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流（或液流）的振动速度（或加速度），还可以进一步测出压力。电容式加速度传感器工作原理图15电容式加速度传感器原理图右侧标尺表示与大地保持相对静

8、止的运动参考点，称为静基准，x表示被测振动体2及传感器底座1相对于该参考点的位移，称为绝对位移，y表示质量块m相对于传感器底座1的位移，称为相对位移。x和y之间关系可用典型二阶比常系数微分方程描述。电容式加速度传感器构成图16电容式加速度传感器的等效原理图电容式加速度传感器，具有电路结构简单，频率范围宽