中文名称:加速度传感器;英文名称:acceleration transducer;定义:能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器;应用学科:机械工程(一级学科);传感器(二级学科);物理量传感器(三级学科)。

1.什么是加速度传感器

 

速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

 

(图片来源于互联网)

 

2.加速度传感器工作原理

 

线加速度计的原理是牛顿第二定律,即加速度定律,也就是力的平衡,A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量 F 就可以了。怎么测量 F?用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到 F 对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。

 

多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。

 

所谓的压电效应就是 "对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外,还将改变晶体的极化状态,在晶体内部建立电场,这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 "。

 

一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。当然,还有很多其它方法来制作加速度传感器,比如压阻技术,电容效应,热气泡效应,光效应,但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形,通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。

 

3.加速度传感器作用

 

通过测量由于重力引起的加速度,你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,你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候,你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是,工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。

 

加速度传感器可以帮助机器人了解它身处的环境。是在爬山?还是在走下坡,摔倒了没有?或者对于飞行类的机器人来说,对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是,你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。

 

加速度传感器可以测量牵引力产生的加速度。

 

压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点,这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器 2000 年的市场规模约为 4.2 亿美元,根据有关调查,预计其市值将按年平均 4.1%速度增长,至 2007 年达到 5.6 亿美元。这其中,欧洲市场的速度最快,因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。

 

压电技术主要在工业上用来防止机器故障,使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护,及避免对工人产生意外伤害,这种传感器具有用户,尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域,很多用户尚无使用这类传感器的意识,销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多,因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。

 

如果这些问题能够得到解决,将会促进压电传感器得到更快的发展。2002 年压电传感器市值为 3 亿美元,预计其年增长率将达到 4.9%,到 2007 年达到 4.2 亿美元。

 

使用加速度传感器有时会碰到低频场合测量时输出信号出现失真的情况,用多种测量判断方法一时找不出故障出现的原因,经过分析总结,导致测量结果失真的因素主要是:系统低频响应差,系统低频信噪比差,外界环境对测量信号的影响。 所以,只要出现加速度传感器低频测量信号失真情况,对比以上三点看看是哪个因素造成的,有针对性的进行解决。