壓電加速度傳感器原理及應(yīng)用

直流響應(yīng)加速度傳感器

兩種技術(shù)經(jīng)常被用來制作直流響應(yīng)加速度傳感器：電容型壓阻型

電容型

電容型(隨加速度變化，由檢測(cè)質(zhì)量塊引起電容變化)加速度傳感器在當(dāng)今是最通用的。在某些領(lǐng)域無可替代，如安全氣囊，手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。高的產(chǎn)量使得該類傳感器成本低廉。但是這種低成本的傳感器受制于較低的信噪比，有限的動(dòng)態(tài)范圍。所有的電容型加速度傳感器都具有內(nèi)部時(shí)鐘，該時(shí)鐘(~500kHz)是檢測(cè)電路必不可少的部分，由于泄漏經(jīng)常會(huì)對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。這種噪聲的頻率遠(yuǎn)高于測(cè)量信號(hào)的頻率，一般不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，但是它始終和測(cè)試信號(hào)疊加在一起。由于內(nèi)置了放大器芯片，其一般具有3線(或4線差分輸出)接口。只要有直流供電便能工作。

電容型加速度傳感器的工作帶寬一般限制在幾百Hz，部分原因是其具有大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和重的空氣阻尼。電容型加速度傳感器適合測(cè)量低量程的加速度，其上限一般在100g以內(nèi)。除了這些限制，現(xiàn)代的電容型加速度傳感器，特別是儀用級(jí)別的器件，具有很好的線性和高的穩(wěn)定性。電容型加速度傳感器通常適合板載測(cè)試，成本低是一個(gè)原因。對(duì)于低頻運(yùn)動(dòng)測(cè)試，加速度一般也低，它們是一個(gè)理想的選擇。例如土木工程中的振動(dòng)測(cè)試。

壓阻型

壓阻型加速度傳感器是另一種廣泛應(yīng)用的直流響應(yīng)加速度傳感器。不同于電容型加速度傳感器通過電容的變化測(cè)量加速度，壓阻型加速度傳感器通過應(yīng)變電阻值的變化輸出加速度信號(hào)，應(yīng)變電阻是傳感器慣性感應(yīng)系統(tǒng)的一部分。很多工程師熟悉應(yīng)變片，并知道如何測(cè)量其輸出。大多數(shù)的壓阻型傳感器對(duì)溫度變化敏感，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)在傳感器內(nèi)部或外部做溫度補(bǔ)償。現(xiàn)代壓阻型加速度傳感器包含一個(gè)專用集成電路做在板信號(hào)處理，也包含溫度補(bǔ)償。壓阻型加速度傳感器的工作頻率可達(dá)5000Hz。許多壓阻型加速度傳感器要么采用空氣阻尼(MEMS型)，要么

采用液體阻尼(粘貼應(yīng)變片型)。阻尼特性是選擇傳感器的一個(gè)重要因素。某些應(yīng)用下，輸入的機(jī)械振動(dòng)包含高頻成份(或激發(fā)高頻響應(yīng))，帶阻尼的傳感器可以防止本身產(chǎn)生振鈴(諧振)，從而保留或增大了可用動(dòng)態(tài)范圍。由于壓阻型加速度傳感器的輸出是差分的純電阻信息，信噪比通常很好;其動(dòng)態(tài)范圍僅受限于后接直流放大器的品質(zhì)。對(duì)于高加速度沖擊測(cè)試，某些壓阻型加速度傳感器能夠測(cè)量到超出10000g的加速度。由于具有寬的頻率響應(yīng)能力。壓阻型加速度傳感器適合做脈沖、碰撞測(cè)試，在這些測(cè)試中頻率和加速度通常都很高。作為具有直流響應(yīng)能力的傳感器，通過其加速度輸出，使用者可以得到無積分誤差的速度和位移信息。壓阻型加速度傳感器通常應(yīng)用于汽車安全測(cè)試，武器測(cè)試，地震測(cè)試等。

小結(jié)

每種加速度傳感器技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。在作出選擇之前，明確它們的區(qū)別和測(cè)試需求是非常重要的。首先也是最重要的是，對(duì)于需要測(cè)量靜態(tài)加速度或低頻加速度(1Hz)的應(yīng)用，或者需要用加速度計(jì)算速度和位移的應(yīng)用，需要選擇具有直流響應(yīng)的加速度傳感器。直流和交流響應(yīng)的加速度傳感器都可以測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)。當(dāng)僅需要量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，使用者可以各取所好。有些使用者不喜歡處理直流響應(yīng)加速度傳感器的零點(diǎn)偏置，而更加喜歡交流耦合、單端輸出的壓電加速度傳感器。而另一些使用者不在乎處理零點(diǎn)偏置，習(xí)慣3線或4線接口，喜歡負(fù)載電阻自檢測(cè)試(shunt)，和重力加速度自檢測(cè)試(2g翻轉(zhuǎn))功能。他們會(huì)選擇直流響應(yīng)加速度傳感器。