传感器具有采集观察的事物的变化数据的作用,在物联网领域也有着至关重要的作用,之前我们讲过传感器在物联网的应用和作用,今天主要介绍其中加速度传感器的工作原理。
加速度传感器(acceleration transducer)是一种将加速度转换为信号的传感器,与可以用来测量加速力(物体在加速过程中作用于物体的力)。现已广泛应用于汽车制动启动检测、工程测振、地质勘探等多种领域,主要用于汽车安全气囊、牵引控制系统、防抱死系统等安全性能方面。通过测量重力引起的加速度,可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度,可以分析出设备移动的方式。
加速度传感器可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,结构物、环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
压电式传感器
压电式传感器是利用弹簧质量系统原理,具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点,是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单,商业化使用历史也很长,但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关,因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比,其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
压阻式传感器
应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥,其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点,尽管压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性,但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围一般要小于压电型传感器。压阻式加速度传感器的另一缺点是受温度的影响较大,实用的传感器一般都需要进行温度补偿。在价格方面,大批量使用的压阻式传感器成本价具有很大的市场竞争力,但对特殊使用的敏感芯体制造成本将远高于压电型加速度传感器。
电容式传感器
电容型加速度传感器的结构形式一般也采用弹簧质量系统。当质量受加速度作用运动而改变质量块与固定电极之间的间隙进而使电容值变化。电容式加速度计与其它类型的加速度传感器相比具有灵敏度高、零频响应、环境适应性好等特点,尤其是受温度的影响比较小;但不足之处表现在信号的输入与输出为非线性,量程有限,受电缆的电容影响,以及电容传感器本身是高阻抗信号源,因此电容传感器的输出信号往往需通过后继电路给于改善。在实际应用中电容式加速度传感器较多地用于低频测量,其通用性不如压电式加速度传感器,且成本也比压电式加速度传感器高得多。
工作原理
加速度计受振,使得质量块加在压电晶体上的力发生变化,当被测振动频率远远低于加速度计的固有频率时,被测加速度的变化与力的变化成正比,因此可通过力的大小判断加速度的大小。由于正压电效应,使得其变形的同时也产生电场,两个相对表面上出现正负相反电荷,产生电压,因此可将加速度转化成电压输出。
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