加速度传感器的工作原理是什么?
大多数加速度传感器都是根据压电效应原理工作的。所谓压电效应,就是“施加在没有对称中心的异极晶体上的外力,不仅会使晶体变形,还会改变晶体的极化状态,在晶体内部建立电场。这种介质因机械力而极化的现象称为正压电效应”。
一般来说,加速度传感器利用的是其内部加速度引起的晶体变形。因为这种变形会产生电压,只要计算出产生的电压和施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化为电压输出。当然,制作加速度传感器的方法还有很多,比如压阻技术、电容效应、热泡效应、光效应等,但最基本的原理是一种介质因加速度而变形,测量这种变形并通过相关电路转换成电压输出。每种技术都有自己的机遇和问题。
二、加速度传感器的分类
1,压电型
压电式加速度计也叫压电加速度计。它也属于惯性传感器。压电式加速度计的原理是利用压电陶瓷或应时晶体的压电效应。当加速度计振动时,质量施加在压电元件上的力也会改变。当测得的振动频率远低于加速度计的固有频率时,力的变化与测得的加速度成正比。
2、压阻式
压阻式加速度传感器基于世界领先的MEMS硅微加工技术,具有体积小、功耗低的特点,易于集成到各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
3.电容
电容式加速度传感器是一种基于电容原理的变极距电容传感器。电容式加速度计/电容式加速度计是一种常见的加速度传感器。在某些领域是不可替代的,比如安全气囊,手机,移动设备。电容式加速度计/电容式加速度计采用微机电系统(MEMS)技术,在量产时变得经济,从而保证更低的成本。
4.伺服型
伺服加速度传感器是一个动态性能好、动态范围大、线性度好的闭环测试系统。其工作原理是传感器的振动系统由一个“m-k”系统组成,与一般的加速度计相同,只是质量M与一个电磁线圈相连。当底座上有加速度输入时,质量偏离平衡位置,由位移传感器检测,经伺服放大器放大,转换成电流输出。电流流过电磁线圈,在永磁体的磁场中产生电磁回复力,试图使质量在仪器外壳中保持原来的平衡位置。反馈功能增强了抗干扰能力,提高了测量精度,扩大了测量范围。伺服加速度测量技术广泛应用于惯性导航和惯性制导系统,也用于高精度振动测量和校准。
三、加速度传感器的作用
加速度传感器的作用是测量加速度,得到加速度值。加速度传感器的几种常见应用场景如下。
1,游戏控
加速度传感器可以检测倾斜角度的变化,因此通过来回倾斜手持设备来控制游戏中的对象是非常简单的。
2.地震探测
地震检波器是一种用于地质勘探和工程测量的专用传感器。它是一种将地面振动转化为电信号的传感器。它能将地震波引起的地面振动转换成电信号,由A/D转换器转换成二进制数据,进行数据组织、存储和运算。
3.车祸报警器
随着汽车工业的快速发展,汽车已经成为人们出行的主要交通工具之一,但是交通事故造成的伤亡人数也非常巨大。在现代信息时代,利用高科技拯救人们的生命将是主要的研究课题之一。基于加速度的车祸报警系统正是基于这样的设计理念,相信这一系统的普及会给汽车行业带来更多的安全。
4、计步器功能
加速度传感器可以检测交流信号和物体的振动。人行走时会产生一定的规律性振动,加速度传感器可以检测到振动的过零点,从而计算出人行走的步数或跑步的步数,从而计算出人移动的位移。并且热量消耗可以通过一定的公式计算出来。
5.设备或终端的姿态检测
加速度传感器和陀螺仪通常被称为惯性传感器,常用于各种设备或终端中,实现姿态检测和运动检测,因此非常适合玩体感游戏的人。加速度传感器可以利用重力加速度来检测设备的倾斜角度,但是会受到运动加速度的影响,使得倾斜角度测量不准确,所以通常采用陀螺仪和磁传感器进行补偿。同时,磁传感器测量方位时,也是利用地磁场。当系统中的电流发生变化或周围有导磁材料时,以及设备倾斜时,测得的方位角也不准确。这时候就需要用加速度传感器(倾斜传感器)和陀螺仪来补偿。
除了上述,加速度传感器还广泛应用于许多领域,如手柄振动和晃动、汽车制动启动检测、工程振动测量、地质勘探、振动测试和分析、安全振动侦察等。