加速度傳感器的原理隨其應(yīng)用而不同

　　隨著硅微機械加工技術(shù)(MEMS)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)各種基于MEMS技術(shù)的器件也應(yīng)運而生，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的就有壓力傳感器、加速度傳感器、光開關(guān)等等，它們有著體積小、質(zhì)量輕、成本低、功耗低、可靠性高等特點，而且因為其加工工藝一定程度上與傳統(tǒng)的集成電路工藝兼容，易于實現(xiàn)數(shù)字化、智能化以及批量生產(chǎn)，因而從問世起就引起了廣泛關(guān)注，并且在汽車、醫(yī)藥、導(dǎo)航和控制、生化分析、工業(yè)檢測等方面得到了較為迅速的應(yīng)用。其中加速度傳感器就是廣泛應(yīng)用的例子之一。它的原理隨其應(yīng)用而不同，有壓阻式，電容式，壓電式，諧振式等。本文全面介紹加速度傳感器。

　　

　　1、壓阻式加速度傳感器：

　　是最早微型化和商業(yè)化的一類加速度傳感器。這類的懸臂梁上制作有壓敏電阻，當(dāng)慣性質(zhì)量塊發(fā)生位移時：會引起懸臂梁的伸長或壓縮，改變梁上的應(yīng)力分布，進而影響壓敏電阻的阻值。壓阻電阻多位于應(yīng)力變化明顯的部位。這樣，通過兩個或四個壓敏電阻形成的電橋就可實現(xiàn)加速度的測量。其特點在于壓阻式加速度傳感器低頻信號好、可測量直流信號、輸入阻抗低、且工作溫度范圍寬，同時它的后處理電路簡單、體積小、質(zhì)量輕，因此在汽車、測振、航天、航空、航船等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

　　組成：它的敏感元件由彈性梁、質(zhì)量塊、固定框組成。壓阻式實質(zhì)上是一個力傳感器，他是利用用測量固定質(zhì)量塊在受到加速度作用時產(chǎn)生的力F來測得加速度a的。在目前研究尺度內(nèi)，可以認為其基本原理仍遵從牛頓第二定律。也就是說當(dāng)有加速度a作用于傳感器時，傳感器的慣性質(zhì)量塊便會產(chǎn)生一個慣性力：F=ma，此慣性力F作用于傳感器的彈性梁上，便會產(chǎn)生一個正比于F的應(yīng)變。此時彈性梁上的壓敏電阻也會隨之產(chǎn)生一個變化量△R，由壓敏電阻組成的惠斯通電橋輸出一個與△R成正比的電壓信號V。

　　原理：本系統(tǒng)的信號檢測電路采用壓阻全橋來作為信號檢測電路。

 

　　2、電容式加速度傳感器：

　　在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如發(fā)動機，數(shù)控車床等等。它具有電路結(jié)構(gòu)簡單，頻率范圍寬約為0～450Hz，線性度小于1%，靈敏度高，輸出穩(wěn)定，溫度漂移小，測量誤差小，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，輸出阻抗低，輸出電量與振動加速度的關(guān)系式簡單方便易于計算等優(yōu)點，具有較高的實際應(yīng)用價值。

　　原理：是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器，其中一個電極是固定的，另一變化電極是彈性膜片。彈性膜片在外力作用下發(fā)生位移，使電容量發(fā)生變化。這種傳感器可以測量氣流的振動速度，還可以進一步測出壓力。

　　本分類有許多種機械結(jié)構(gòu)。選擇好的機械結(jié)構(gòu)，將有助于滿足和提高傳感器的性能，如固有頻率、量程 、機械強度 、對載荷的響應(yīng)等等。另外，微加速度計的結(jié)構(gòu)尺寸除了要滿足上述條件外，隨著尺寸的縮小，一些在運動中起主導(dǎo)作用的 因素將發(fā)生變化。比如靜電力、分子之間的相互作用力、空氣產(chǎn)生的阻尼力等，這些在宏觀中被忽略掉的因素將是影響微結(jié)構(gòu)性能的主要因素。因此在設(shè)計中也應(yīng)該把這些因素考慮在內(nèi)。