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加速度传感器应用分类工作原理等知识汇总《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:40:23 阅读: 来源:提花机厂家

2018-04-19 07:41:22来源:贤集网 阿莲

加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。目前,有很多交通工具都开始用加速度传感器。下面贤集网小编来为大家介绍一下加速度传感器应用、分类、工作原理、不同频率下加速度传感器的安装方式。希望能够帮助到大家!

加速度传感器应用

1、游戏控制

加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化,因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制,就变得很简单。

2、图像自动翻转

用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向,实现所要显示图像的转正。

3、电子指南针倾斜校正

磁传感器是通过测量磁通量的大小来确定方向的。当磁传感器发生倾斜时,通过磁传感器的地磁通量将发生变化,从而使方向指向产生误差。因此,如果不带倾斜校正的电子指南针,需要用户水平放置。而利用加速度传感器可以测量倾角的这一原理,可以对电子指南针的倾斜进行补偿。

4、GPS导航系统死角的补偿

GPS系统是通过接收三颗呈120度分布的卫星信号来最终确定物体的方位的。在一些特殊的场合和地貌,如遂道、高楼林立、丛林地带,GPS信号会变弱甚至完全失去,这也就是所谓的死角。而通过加装加速度传感器及以前我们所通用的惯性导航,便可以进行系统死区的测量。对加速度传感器进行一次积分,就变成了单位时间里的速度变化量,从而测出在死区内物体的移动。

5、计步器功能

加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动,人在走动的时候会产生一定规律性的振动,而加速度传感器可以检测振动的过零点,从而计算出人所走的步或跑步所走的步数,从而计算出人所移动的位移。并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗。

6、防手抖功能

用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度,当振动/晃动幅度过大时锁住照相快门,使所拍摄的图像永远是清晰的。

7、闪信功能

通过挥动手持设备实现在空中显示文字,用户可以自己编写显示的文字。这个闪信功能是利用人们的视觉残留现象,用加速度传感器检测挥动的周期,实现所显示文字的准确定位。

8、硬盘保护

利用加速度传感器检测自由落体状态,从而对迷你硬盘实施必要的保护。大家知道,硬盘在读取数据时,磁头与碟片之间的间距很小,因此,外界的轻微振动就会对硬盘产生很坏的后果,使数据丢失。而利用加速度传感器可以检测自由落体状态。当检测到自由落体状态时,让磁头复位,以减少硬盘的受损程度。

加速度传感器分类

一、压电式加速度传感器

1、压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力,压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。

2、压电式加速度传感器具有动态范围大、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。

二、压阻式加速度传感器

1、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。现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。

2、在灵敏度和量程方面,从低灵敏度高量程的冲击测量,到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的加速度传感器。同时压阻式加速度传感器测量频率范围也可从直流信号到具有刚度高,测量频率范围到几十千赫兹的高频测量。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。需要指出的是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。

三、电容式加速度传感器

1、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。

2、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。

四、伺服式加速度传感器

伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统,具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理,传感器的振动系统由“m-k”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当基座上有加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感器检测出来,经伺服放大器放大后转换为电流输出,该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上,所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。由于有反馈作用,增强了抗干扰的能力,提高测量精度,扩大了测量范围,伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的振动测量和标定中也有应用。

加速度传感器的工作原理

1、线加速度计的原理是惯性原理,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。

2、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"。

3、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。

4、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,加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。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。

5、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。电容传感器有望有一个强劲的增长,2004年后增长将会更快,估计从1997年到2007年综合年增长率为5.9%,其中最高可达33.2%,其市值2000年为0.75亿美元,到2007年将达到1.1亿美元。来自欧洲和北美洲的汽车业和工业用户是这些产品的主要购买者。2000年的市场上北美占40.4%,欧洲占48.9%。汽车行业使用电容式传感器主要用于安全系统、轮胎磨损监测、惯性刹车灯、前灯水准测量、安全带伸缩、自动门锁和安全气囊。对于设计人员来说,电容式传感器是非常有吸引力的,因为它无需接触待测物,所以不必挤进狭窄的空间中。

不同频率下加速度传感器的安装方式

一、多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。

1、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"。

2、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。

二、安装方式

1、螺钉安装

标准安装螺钉应采用淬火钢制螺钉,安装时首先将螺钉旋入约一半长度,保证螺钉必须与表面垂直,然后按规定的力矩固定好传感器,在结合面中,最好涂上一层油脂,增加接触刚度,对传感器高频响应有所改善。

2、粘贴安装

当被校加速度计没有钻孔时,可使用各种粘贴剂,如常用的氰基丙烯酸盐,使用范围在-18℃~121℃,广泛用于金属,橡胶和各种塑料。其优点是室温粘贴效果好、凝固时间快、频率响应宽、温度范围宽,缺点是拆卸传感器之前需要用溶剂溶解胶才能取下传感器,拆卸时间长,不能在粗糙表面使用。双面胶带具有良好的使用范围,它类似于氰基丙烯酸盐可直接粘合。其优点是使用方便、温度范围宽;缺点是振幅范围有限。

3、蜂蜡

蜂蜡和氰基丙烯酸盐一样,在应用范围内有较好的频率响应。其优点是使用方便,携带方便,粘连迅速拆卸方便、迅速;缺点是受温度影响较大,不宜涂抹均匀。

4、磁铁安装

为了方便测试,可用磁铁安装,磁铁的优点是不破坏被测物体,移动方便。但是用磁铁的方法会使加速度的频响有所下降,且测量范围受限。

三、不同频率选择不同安装方式

磁铁座安装仅适于在低频时使用。双面胶仅适于频率低于1000Hz时使用。当频率高于1250Hz时采用螺钉、螺钉加油脂、502胶、蜂蜡的安装方式,推荐使用螺钉和螺钉加油脂的安装方式最为可靠。

通过上文贤集网小编来为大家介绍的加速度传感器应用、分类、工作原理、不同频率下加速度传感器的安装方式。相信大家对加速度传感器也有一定的了解了!目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。当然,众多传感器中,加速度传感器的势头最迅猛!

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