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无线加速度传感器的工作原理

2020-01-03

无线(wireless)加速度传感器顾名思义,是可将加速度转换为其他形式信号并得以输出的装置,那么其工作原理是什么呢?接下来我们就一起来看看吧~

  一、简介加速度传感器,英文名称为acceleraTIon transducer,是一种利用感受加速度并将其转换为电信号的方式来测量加速力(加速力即指作用于物体上使物体处于加速过程中的力)的设备。无线振动传感器基于无线技术的机器状态监测,具有振动测量及温度测量功能,操作简单,自动指示状态报警。应用于工业设备状态管理及监测控制系统;适合现场设备运行和维护人员监测设备状态,及时发现问题,保证设备正常可靠运行。地震传感器当地面存在机械振动时,线圈对磁铁做相对运动而切割磁力线,根据电磁感应原理,线圈中产生感生电动势,且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比,线圈输出的模拟电信号与地面机械振动的速度变化规律是一致的。目前已在汽车安全、智能(intelligence)产品、游戏控制等众多领域都得到广泛的应用。

  二、分类加速度计按原理的不同可分为线加速度计和角加速度计两种。地震传感器当地面存在机械振动时,线圈对磁铁做相对运动而切割磁力线,根据电磁感应原理,线圈中产生感生电动势,且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比,线圈输出的模拟电信号与地面机械振动的速度变化规律是一致的。加速度传感器(transducer)一般可分为压电式加速度传感器、压阻式加速度传感器、电容式加速度传感器和伺服式加速度传感器四种。接下来我们就分别来看一下这六中加速度传感器的工作原理是什么样子的吧


磁电速度传感器


  三、线加速度计线加速度计是利用惯性(inertia)原理来进行工作的。根据公式A=F/M,即加速度=惯性力/质量,只需对惯性力F进行测量即可得出加速度A的大小。那么问题来了,惯性力F如何进行测量呢?可以用电磁力来平衡这个力,得出这个力与电流(Electron flow)之间的对应关系,然后在实验中标定这个比例系数

  四、角加速度计角加速度计是利用压电效应来进行工作的,压电效应的定义如下:当存在外力加于不存在对称(symmetry)中心的异极晶体上时,该外力不仅会改变晶体的外在形态(pattern),还将改变其内部的极化状态,在晶体的内部建立电场,机械力改变极化状态的现象称为正压电效应。以角加速度计为例的大多数加速度计都是利用加速度致使晶体变形的特性来进行工作的。外力使得晶体变形,变形的同时会产生电压,因此只需计算加速度与电压的关系,即可将加速度转换成电压的形式输出。

  五、压电式加速度传感器压电式加速度传感器是利用压电效应来进行工作的,当加速度计振动时,加速度发生变化,加于压电元件上的外力必然也会产生变化,若被测振动的频率(frequency)远低于加速度计的固有频率,则外力的变化与加速度成正比。

  六、压阻式加速度传感器(transducer)压阻式加速度传感器基于MEMS硅(silicon)微加工技术,具有结构简单、体积小、功耗低等诸多特点,在汽车的碰撞实验(experiment)、设备的振动监测(Food Monitor)、仪器(appliance)的测试等方面均有着广泛的应用。七、电容式加速度传感器电容式加速度传感器基于电容原理的极距变化,同压阻式加速度传感器一样采用了MEMS技术,在安全气囊、手机移动设备等领域具备不可动摇的地位。

  八、伺服式加速度传感器(transducer)伺服式加速度传感器工作于闭环状态下,其振动部件由m-k系统构成,在m上接有电磁线圈,当有加速度输入时,m偏离平衡位置(position ),由位移检测器检测其位移大小并经伺服放大器处理后以电流(Electron flow)的形式输出,电流流经电磁线圈,在磁场中产生电磁恢复力力图使m恢复平衡位置。伺服式加速度传感器存在反馈,具有抗干扰能力强、动态性能好、测量精度高等特点,已广泛地应用于惯性(inertia)导航、惯性制导系统中。


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