加速度傳感器是什么

　　加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。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。傳感器在加速過程中，通過對質(zhì)量塊所受慣性力的測量，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）我們只需要測量F就可以了。怎么測量F？用電磁力去平衡這個力就可以了。就可以得到 F對應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實驗去標(biāo)定這個比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號傳輸、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、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)運而生。這種傳感器體積小、重量輕、功耗小、啟動快、成本低、可靠性高、易于實現(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)，它的性能價格比很高。可以預(yù)見在不久的將來，它將在加速度傳感器市場中占主導(dǎo)地位。

　　技術(shù)指標(biāo)

　　1、靈敏度方面的技術(shù)指標(biāo)：對于一個儀器來說，一般都是靈敏度越高越好的，因為越靈敏，對周圍環(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，這樣測量就比較容易方便，而測量出來的數(shù)據(jù)也會比較精確的。

　　2、帶寬方面的技術(shù)指標(biāo)：帶寬指的的是傳感器可以測量的有效的頻帶，比如，一個傳感器有上百HZ帶寬的就可以測量振動了；一個具有五十HZ帶寬的傳感器就可以有效測量傾角了。

　　3、量程方面的技術(shù)指標(biāo)：測量不一樣的事物的運動所需要的量程都是不一樣的，要根據(jù)實際情況來衡量。

　　加速度傳感器的應(yīng)用

　　廣泛應(yīng)用于游戲控制、手柄振動和搖晃、汽車制動啟動檢測、地震檢測、工程測振、地質(zhì)勘探、振動測試與分析以及安全保衛(wèi)振動偵察等多種領(lǐng)域。下面就舉例幾個例子，更好的認(rèn)識加速度傳感器。

　　游戲控制加速度傳感器可以檢測上下左右的傾角的變化，因此通過前后傾斜手持設(shè)備來實現(xiàn)對游戲中物體的前后左右的方向控制，就變得很簡單。

　　1）圖像自動翻轉(zhuǎn)

　　用加速度傳感器檢測手持設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動作及方向，實現(xiàn)所要顯示圖像的轉(zhuǎn)正。

　　2）電子指南針傾斜校正

　　磁傳感器是通過測量磁通量的大小來確定方向的。當(dāng)磁傳感器發(fā)生傾斜時，通過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量傾角的這一原理，可以對電子指南針的傾斜進(jìn)行補償。

　　3）GPS導(dǎo)航系統(tǒng)死角的補償

　　GPS系統(tǒng)是通過接收三顆呈120度分布的衛(wèi)星信號來最終確定物體的方位的。在一些特殊的場合和地貌，如遂道、高樓林立、叢林地帶，GPS信號會變?nèi)跎踔镣耆ィ@也就是所謂的死角。而通過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)的測量。對加速度傳感器進(jìn)行一次積分，就變成了單位時間里的速度變化量，從而測出在死區(qū)內(nèi)物體的移動。

　　計步器功能加速度傳感器可以檢測交流信號以及物體的振動，人在走動的時候會產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動，而加速度傳感器可以檢測振動的過零點，從而計算出人所走的步或跑步所走的步數(shù)，從而計算出人所移動的位移。并且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗。

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

　　閃信功能通過揮動手持設(shè)備實現(xiàn)在空中顯示文字，用戶可以自己編寫顯示的文字。這個閃信功能是利用人們的視覺殘留現(xiàn)象，用加速度傳感器檢測揮動的周期，實現(xiàn)所顯示文字的準(zhǔn)確定位。

　　硬盤保護(hù)利用加速度傳感器檢測自由落體狀態(tài)，從而對迷你硬盤實施必要的保護(hù)。大家知道，硬盤在讀取數(shù)據(jù)時，磁頭與碟片之間的間距很小，因此，外界的輕微振動就會對硬盤產(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自由落體狀態(tài)。當(dāng)檢測到自由落體狀態(tài)時，讓磁頭復(fù)位，以減少硬盤的受損程度。

　　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)了它在消費電子領(lǐng)域中的應(yīng)用，每年的市場份額也在不斷增加。

　　常用加速度傳感器有哪幾種分類

　　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利用某些特殊的敏感芯體受振動加速度作用后會產(chǎn)生與之成正比的電荷信號的特性，來實現(xiàn)振動加速度的測量的，這種傳感器一般都具有測量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單堅固、受外界干擾小以及產(chǎn)生電荷信號不需要任何外界電源等優(yōu)點，它最大的缺點是不能測量零頻率信號。

　　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。壓電陶瓷比壓電晶體的壓電系數(shù)要高，而且各項機(jī)電系數(shù)隨溫度時間等外界條件的變化相對較小，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)最簡單，價格便宜，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，所以價格偏高；彎曲變形梁式比較少見，其結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生較大的電荷輸出信號，但是測量頻率范圍較低，受溫度影響易產(chǎn)生漂移，因此不推薦使用。

　　3）按信號輸出的方式

　　按信號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，必須通過二次儀表轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓讀取，而高阻抗電荷信號較容易受干擾，所以對測試環(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)換成電壓信號輸出，所以相對有信號質(zhì)量好、噪聲小、抗干擾能力強(qiáng)、能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點，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)體材料制成電阻測量電橋來實現(xiàn)測量加速度信號，這種傳感器的頻率測量范圍和量程也很大，體積小重量輕，但是缺點也很明顯，就是受溫度影響較大，一般都需要進(jìn)行溫度補償。

　　3、電容式傳感器

　　電容式傳感器中一般有個可運動質(zhì)量塊與一個固定電極組成一個電容，當(dāng)受加速度作用時，質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙會發(fā)生變化，從而使電容值發(fā)生變化。它的優(yōu)點很突出，靈敏度高、零頻響應(yīng)、受環(huán)境（尤其是溫度）影響小等，缺點也同樣突出，主要是輸入輸出非線形對應(yīng)、量程很有限以及本身是高阻抗信號源，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量。

　　選擇壓電式加速度傳感器時有哪些基本原則

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

　　1、振動量值的大小

　　2、信號頻率范圍

　　3、測試現(xiàn)場環(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信號上，會造成失真輸出，因此選擇時除了要注意在量程上保留足夠的安全空間外，還要注意分析被測信號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。一般來說，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，反之用于低頻測量的一般都體積大重量重。

　　現(xiàn)場環(huán)境中對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不斷緩慢漂移造成信號忽大忽小，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時間手握，否則很容易造成此類現(xiàn)象）。

　　加速度傳感器使用過程中還要注意哪些問題

　　加速度傳感器使用中最常見的問題出在測量點的選擇和連接方式，選擇測量點的原則是在不影響試驗件安裝的情況下盡量靠近試驗件或者試驗件上某個最關(guān)心的點，由于振動夾具千差萬別，如果只是簡單把傳感器連接在振動臺面上的話，可能會造成試驗件上的量值超標(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)境時連接不可靠，而且吸鐵的磁場會對傳感器產(chǎn)生一定的影響，因此不推薦使用。