加速度傳感器是什么

　　加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見(jiàn)的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。

　　加速度傳感器工作原理

　　線加速度計(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。

　　現(xiàn)代科技要求加速度傳感器廉價(jià)、性能優(yōu)越、易于大批量生產(chǎn)。在諸如軍工、空間系統(tǒng)、科學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域，需要使用體積小、重量輕、性能穩(wěn)定的加速度傳感器。以傳統(tǒng)加工方法制造的加速度傳感器難以全面滿足這些要求。于是應(yīng)用新興的微機(jī)械加工技術(shù)制作的微加速度傳感器應(yīng)運(yùn)而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動(dòng)快、成本低、可靠性高、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化。而且，由于微機(jī)械結(jié)構(gòu)制作精確、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批量生產(chǎn)，它的性能價(jià)格比很高?？梢灶A(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)，它將在加速度傳感器市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。

　　技術(shù)指標(biāo)

　　1、靈敏度方面的技術(shù)指標(biāo)：對(duì)于一個(gè)儀器來(lái)說(shuō)，一般都是靈敏度越高越好的，因?yàn)樵届`敏，對(duì)周?chē)h(huán)境發(fā)生的加速度的變化就越容易感受到，加速度變化大，很自然地，輸出的電壓的變化相應(yīng)地也變大，這樣測(cè)量就比較容易方便，而測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)也會(huì)比較精確的。

　　2、帶寬方面的技術(shù)指標(biāo)：帶寬指的的是傳感器可以測(cè)量的有效的頻帶，比如，一個(gè)傳感器有上百HZ帶寬的就可以測(cè)量振動(dòng)了；一個(gè)具有五十HZ帶寬的傳感器就可以有效測(cè)量?jī)A角了。

　　3、量程方面的技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量不一樣的事物的運(yùn)動(dòng)所需要的量程都是不一樣的，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)衡量。

　　加速度傳感器的應(yīng)用

　　廣泛應(yīng)用于游戲控制、手柄振動(dòng)和搖晃、汽車(chē)制動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)、地震檢測(cè)、工程測(cè)振、地質(zhì)勘探、振動(dòng)測(cè)試與分析以及安全保衛(wèi)振動(dòng)偵察等多種領(lǐng)域。下面就舉例幾個(gè)例子，更好的認(rèn)識(shí)加速度傳感器。

　　游戲控制加速度傳感器可以檢測(cè)上下左右的傾角的變化，因此通過(guò)前后傾斜手持設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲中物體的前后左右的方向控制，就變得很簡(jiǎn)單。

　　1）圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn)

　　用加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及方向，實(shí)現(xiàn)所要顯示圖像的轉(zhuǎn)正。

　　2）電子指南針傾斜校正

　　磁傳感器是通過(guò)測(cè)量磁通量的大小來(lái)確定方向的。當(dāng)磁傳感器發(fā)生傾斜時(shí)，通過(guò)磁傳感器的地磁通量將發(fā)生變化，從而使方向指向產(chǎn)生誤差。因此，如果不帶傾斜校正的電子指南針，需要用戶水平放置。而利用加速度傳感器可以測(cè)量?jī)A角的這一原理，可以對(duì)電子指南針的傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。

　　3）GPS導(dǎo)航系統(tǒng)死角的補(bǔ)償

　　GPS系統(tǒng)是通過(guò)接收三顆呈120度分布的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)最終確定物體的方位的。在一些特殊的場(chǎng)合和地貌，如遂道、高樓林立、叢林地帶，GPS信號(hào)會(huì)變?nèi)跎踔镣耆ィ@也就是所謂的死角。而通過(guò)加裝加速度傳感器及以前我們所通用的慣性導(dǎo)航，便可以進(jìn)行系統(tǒng)死區(qū)的測(cè)量。對(duì)加速度傳感器進(jìn)行一次積分，就變成了單位時(shí)間里的速度變化量，從而測(cè)出在死區(qū)內(nèi)物體的移動(dòng)。

　　計(jì)步器功能加速度傳感器可以檢測(cè)交流信號(hào)以及物體的振動(dòng)，人在走動(dòng)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動(dòng)，而加速度傳感器可以檢測(cè)振動(dòng)的過(guò)零點(diǎn)，從而計(jì)算出人所走的步或跑步所走的步數(shù)，從而計(jì)算出人所移動(dòng)的位移。并且利用一定的公式可以計(jì)算出卡路里的消耗。

　　防手抖功能用加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的振動(dòng)/晃動(dòng)幅度，當(dāng)振動(dòng)/晃動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)鎖住照相快門(mén)，使所拍攝的圖像永遠(yuǎn)是清晰的。

　　閃信功能通過(guò)揮動(dòng)手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)在空中顯示文字，用戶可以自己編寫(xiě)顯示的文字。這個(gè)閃信功能是利用人們的視覺(jué)殘留現(xiàn)象，用加速度傳感器檢測(cè)揮動(dòng)的周期，實(shí)現(xiàn)所顯示文字的準(zhǔn)確定位。

　　硬盤(pán)保護(hù)利用加速度傳感器檢測(cè)自由落體狀態(tài)，從而對(duì)迷你硬盤(pán)實(shí)施必要的保護(hù)。大家知道，硬盤(pán)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭與碟片之間的間距很小，因此，外界的輕微振動(dòng)就會(huì)對(duì)硬盤(pán)產(chǎn)生很壞的后果，使數(shù)據(jù)丟失。而利用加速度傳感器可以檢測(cè)自由落體狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到自由落體狀態(tài)時(shí)，讓磁頭復(fù)位，以減少硬盤(pán)的受損程度。

　　隨著MEMS技術(shù)在傳感器領(lǐng)域中的應(yīng)用，加速度傳感器的體積可以做得更小，性能反而做得更高，這大大促進(jìn)了它在消費(fèi)電子領(lǐng)域中的應(yīng)用，每年的市場(chǎng)份額也在不斷增加。

　　常用加速度傳感器有哪幾種分類(lèi)

　　加速度傳感器按工作原理可分為壓電式、壓阻式和電容式。

　　1、壓電式傳感器

　　壓電式傳感器是通過(guò)利用某些特殊的敏感芯體受振動(dòng)加速度作用后會(huì)產(chǎn)生與之成正比的電荷信號(hào)的特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)加速度的測(cè)量的，這種傳感器一般都具有測(cè)量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、受外界干擾小以及產(chǎn)生電荷信號(hào)不需要任何外界電源等優(yōu)點(diǎn)，它最大的缺點(diǎn)是不能測(cè)量零頻率信號(hào)。

　　1）按敏感芯體材料

　　按敏感芯體材料分為壓電晶體（一般為石英）和壓電陶瓷兩類(lèi)。壓電陶瓷比壓電晶體的壓電系數(shù)要高，而且各項(xiàng)機(jī)電系數(shù)隨溫度時(shí)間等外界條件的變化相對(duì)較小，因此一般更常用的是壓電陶瓷。

　　2）按敏感芯體結(jié)構(gòu)形式

　　按敏感芯體結(jié)構(gòu)形式分為壓縮式、剪切式和彎曲變形梁式。壓縮式結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但是不能有效排除各種干擾；剪切式受干擾影響最小，目前最為常用，但是制造工藝要求較高，所以價(jià)格偏高；彎曲變形梁式比較少見(jiàn)，其結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生較大的電荷輸出信號(hào)，但是測(cè)量頻率范圍較低，受溫度影響易產(chǎn)生漂移，因此不推薦使用。

　　3）按信號(hào)輸出的方式

　　按信號(hào)輸出的方式分為電荷輸出式和低阻抗電壓輸出式（ICP）。電荷輸出式直接輸出高阻抗電荷信號(hào)，必須通過(guò)二次儀表轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓讀取，而高阻抗電荷信號(hào)較容易受干擾，所以對(duì)測(cè)試環(huán)境、連接線纜等的要求較高；而ICP型傳感器內(nèi)部安裝了前置放大器，直接轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，所以相對(duì)有信號(hào)質(zhì)量好、噪聲小、抗干擾能力強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，目前正逐步取代電荷輸出式傳感器。

　　2、壓阻式傳感器

　　壓阻式傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測(cè)量電橋來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量加速度信號(hào)，這種傳感器的頻率測(cè)量范圍和量程也很大，體積小重量輕，但是缺點(diǎn)也很明顯，就是受溫度影響較大，一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　3、電容式傳感器

　　電容式傳感器中一般有個(gè)可運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊與一個(gè)固定電極組成一個(gè)電容，當(dāng)受加速度作用時(shí)，質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙會(huì)發(fā)生變化，從而使電容值發(fā)生變化。它的優(yōu)點(diǎn)很突出，靈敏度高、零頻響應(yīng)、受環(huán)境（尤其是溫度）影響小等，缺點(diǎn)也同樣突出，主要是輸入輸出非線形對(duì)應(yīng)、量程很有限以及本身是高阻抗信號(hào)源，需后繼電路給予改善。

　　相比之下，壓電式傳感器應(yīng)用更為廣泛一些，壓阻式也有一定程度的應(yīng)用，而電容式主要專用于低頻測(cè)量。

　　選擇壓電式加速度傳感器時(shí)有哪些基本原則

　　選擇一般應(yīng)用場(chǎng)合的壓電式加速度傳感器時(shí)，要從三個(gè)方面全面考慮：

　　1、振動(dòng)量值的大小

　　2、信號(hào)頻率范圍

　　3、測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

　　作為一般的原則，靈敏度高的傳感器量程范圍小，反之靈敏度低的量程范圍大，而且一般情況下，靈敏度越高，敏感芯體的質(zhì)量塊越大，其諧振頻率也越低，如果諧振波疊加在被測(cè)信號(hào)上，會(huì)造成失真輸出，因此選擇時(shí)除了要注意在量程上保留足夠的安全空間外，還要注意分析被測(cè)信號(hào)頻率組成及傳感器自身諧振頻率。

　　傳感器的高、低截止頻率與誤差直接相關(guān)，允許的誤差范圍越大其頻率范圍越寬。一般來(lái)說(shuō)，傳感器高頻響應(yīng)取決于機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)由傳感器及其后繼電路綜合電參數(shù)決定，頻率截止高的傳感器必然是體積小重量輕，反之用于低頻測(cè)量的一般都體積大重量重。

　　現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中對(duì)傳感器影響較大的是溫度，而ICP傳感器由于受供電電壓和偏置電壓的制約，在非室溫條件中，傳感器偏置電壓很可能會(huì)不斷緩慢漂移造成信號(hào)忽大忽小，所以一般非室溫環(huán)境下不推薦使用ICP型傳感器。（尤其注意ICP傳感器使用中不要長(zhǎng)時(shí)間手握，否則很容易造成此類(lèi)現(xiàn)象）。

　　加速度傳感器使用過(guò)程中還要注意哪些問(wèn)題

　　加速度傳感器使用中最常見(jiàn)的問(wèn)題出在測(cè)量點(diǎn)的選擇和連接方式，選擇測(cè)量點(diǎn)的原則是在不影響試驗(yàn)件安裝的情況下盡量靠近試驗(yàn)件或者試驗(yàn)件上某個(gè)最關(guān)心的點(diǎn)，由于振動(dòng)夾具千差萬(wàn)別，如果只是簡(jiǎn)單把傳感器連接在振動(dòng)臺(tái)面上的話，可能會(huì)造成試驗(yàn)件上的量值超標(biāo)。

　　連接方式上最佳方案是采用絕緣螺釘連接，有條件的話最好再涂上螺紋膠，以保證連接的牢固可靠；其次采用膠粘式也比較可靠，但要注意傳感器最好與夾具之間保持絕緣；此外還有吸鐵方式連接，但是該方案用于量值高的環(huán)境時(shí)連接不可靠，而且吸鐵的磁場(chǎng)會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生一定的影響，因此不推薦使用。