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，由檢測質(zhì)量塊引起電容變化)加速度傳感器在當今是最通用的。在某些領(lǐng)域無可替代，如安全氣囊，手機移動設(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，有限的動態(tài)范圍。所有的電容型加速度傳感器都具有內(nèi)部時鐘，該時鐘(~500kHz)是檢測電路必不可少的部分，由于泄漏經(jīng)常會對輸出信號產(chǎn)生干擾。這種噪聲的頻率遠高于測量信號的頻率，一般不會對測量結(jié)果造成影響，但是它始終和測試信號疊加在一起。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試，成本低是一個原因。對于低頻運動測試，加速度一般也低，它們是一個理想的選擇。例如土木工程中的振動測試。

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，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，并知道如何測量其輸出。大多數(shù)的壓阻型傳感器對溫度變化敏感，因而需要對其輸出信號在傳感器內(nèi)部或外部做溫度補償。現(xiàn)代壓阻型加速度傳感器包含一個專用集成電路做在板信號處理，也包含溫度補償。壓阻型加速度傳感器的工作頻率可達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重要因素。某些應(yīng)用下，輸入的機械振動包含高頻成份(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;其動態(tài)范圍僅受限于后接直流放大器的品質(zhì)。對于高加速度沖擊測試，某些壓阻型加速度傳感器能夠測量到超出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、碰撞測試，在這些測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)用于汽車安全測試，武器測試，地震測試等。

小結(jié)

每種加速度傳感器技術(shù)都有其優(yōu)缺點。在作出選擇之前，明確它們的區(qū)別和測試需求是非常重要的。首先也是最重要的是，對于需要測量靜態(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量動態(tài)信號。當僅需要量動態(tài)信號時，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偏置，習(xí)慣3線或4線接口，喜歡負載電阻自檢測試(shunt)，和重力加速度自檢測試(2g翻轉(zhuǎn))功能。他們會選擇直流響應(yīng)加速度傳感器。