加速度感測器的原理與應用解析
如今，每個人都非常關注健康。不管是出門佩戴手環、計步器，還是拿手機記錄行走步數，已經成為很多人的生活習慣。那計步器到底是怎麼工作的？現在的手機手環裡面，一般是用一個非常小的晶元——三軸加速度感測器。這種三軸加速度感測器就是計步器的關鍵元器件，下面小編為大家介紹加速度感測器原理與應用。
加速度感測器的原理：通過這個加速度感測器，可以測量手機或者是手環在三個不同方向上的加速度。通過對加速度的值進行計算，就可以大概測出走路的步數。功耗更小但精度低
有一種特殊的材料，叫壓電陶瓷材料，這種材料製備成的加速度感測器可根據作用在上面的力的大小產生不同的形變，就可以產生不同的電壓變化。通過作用在上面的力來測量出加速度，然後通過加速度判斷出人在走路時是在哪個方向進行運動，或者說頻率大概是多少。
各種結構型式的加速度感測器應用
下面來瞭解下這四種加速度感測器在振動、衝擊測量中的應用。
壓電式加速度感測器
壓電式加速度感測器是一種自髮式感測器，其輸出電荷與所感受的加速度成正比。它具有精確度高、頻響寬、動態範圍大、尺寸小、重量輕、壽命長、易於安裝、穩定性好等特點。可以採用天然石英，經過適當切割構成敏感元件，但靈敏度低，造價高。目前常用的是鐵電材料，這是一種經過人工極化處理而具有壓電性質的人工陶瓷，採用良好的配製燒結工藝可以得到很高的壓電靈敏度和工作溫度，經過老化處理後可以保證長期溫度穩定性，它易於製成各種形狀的敏感元件，已先後製成了各種結構形式的加速度感測器。
單端壓縮式具有靈敏度高，共振頻率高的特點，適用於一般測量。基座隔離壓縮式可把基座耦合的影響減到最小，更適合於低振級的測量，也適合於安裝面上有應變或溫度不穩定的地方。
環形剪切式具有尺寸小，重量輕的特點，適於測量衝擊或輕小結構件的振動，因敏感元件與底座很好的隔離，故能有效地避開底座彎曲和雜訊的影響，因敏感元件只受剪切作用，就減小了熱釋電效應。中心孔安裝環形剪切式可任意選定接線方向。隔離剪切式採用了多塊晶體和無源補償片，提高了靈敏度，擴寬了溫度範圍，保證了穩定性，具有最高的信噪比。
集成電路式壓電加速度感測器
集成電路式壓電加速度感測器的製成是微電子學技術的發展結果，在這種感測器的殼體內裝有微電子信號適調電路，因此做到了低阻抗輸出，輸出信號大，對電纜和接頭帶來的幹擾信號很不敏感，對各種環境因素不敏感，用一根雙線電纜或兩根塑料皮絞合線可同時起到供電和傳輸信號的作用，使用長電纜也不會降低靈敏度，不會增加雜訊，結構簡單，造價低，且改善了性能，特別適用於各種工程現場和需要遠距離測量的地方，對靈敏度高的甚至可以直接接記錄儀器，使用方便。Endevco稱這種感測器為ISOTRON，下圖為等效電路圖。
壓阻式加速度感測器
新式的壓阻式加速度感測器的結構，它是由整塊硅晶體製成的。它以硅壓阻應變片作為敏感元件，這實際上是一塊固定的硅電阻，其電阻的變化與所承受的機械應力成正比。這可以由體積很小的整體矽片經過微細加工製成，因此又稱為整體式感測器，從而避開了把硅應變片粘貼到懸樑臂上的老式結構所帶來的機械連接不準確的影響。壓阻式加速度感測器在電路中構成為惠斯登電橋，產生與振動加速度成正比的電信號。由於是配對使用，所以保證了在不同的溫度條件下輸出的穩定性。
這種感測器的特點是能測量頻率低到直流的信號而不會產生相位失真。它的輸出阻抗低，輸出電平高，內在雜訊低，對電磁和靜電幹擾的敏感度低，所以易於信號適調。某些壓阻式加速度感測器的靈敏度高到足以直接驅動記錄儀。它對底座應變和熱瞬變不敏感，在承受大衝擊加速度作用時沒有零點飄移，可以用翻轉法進行標定，因此廣泛地用於低頻振動和持續時間長的衝擊測量中，例如運輸過程中振動和衝擊的測量、包裝試驗、衝擊波研究、汽車碰撞試驗、模態分析、顫振研究、生物醫學現象的研究中。
變電容式加速度感測器
變電容式加速度感測器是採用另一種物理原理製成的硅加速度感測器，與壓阻式的相比，它有更高的靈敏度和抗環境振動和衝擊的能力，對溫度不敏感，穩定性好，線性度高。描述上訴各種加速度感測器動態特性的參數是：靈敏度、幅頻響應、相頻響應、安裝共振頻率、橫向靈敏度、幅值非線性等。
加速度感測器應用領域
計步功能只是加速度感測器的一部分應用。在車輛安全、橋樑健康等方面，加速度感測器都有著非常重要的作用。
中國電子科學研究院工程師廖勇：車上的安全氣囊為什麼會彈起來？車開到一定速度以上，如果突然停下來，安全氣囊就會彈出，這實際上是有一個加速度感測器在測量車在前進方向的加速度。通過一個量的變化，來判斷現在應不應該把安全氣囊彈出來。
以上就是關於加速度感測器原理與應用知識介紹，加速度感測器還可以應用在橋樑的健康監測中、汽車領域和硬碟抗衝擊防護實驗中。以汽車為例，它可以應用在汽車碰撞試驗、汽車安全氣囊（Airbag）、ABS防抱死剎車系統、電子穩定程序（ESP）、電控懸掛系統等。
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