壓電式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu) 壓電式加速度傳感器，又稱(chēng)壓電加速度計(jì)。
它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)工作的。
所謂壓電效應(yīng)，是指某些電介質(zhì)，當(dāng)它在一定方向上受到機(jī)械外力作用而變形時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)發(fā)生電極化，從而導(dǎo)致電介質(zhì)的兩相對(duì)表面上出現(xiàn)大小相等、符號(hào)相反的電荷。
當(dāng)外力方向改變時(shí)，電荷的極性也跟著改玖其電荷量的大小與外力成正比。
當(dāng)外力去掉后，電介質(zhì)又恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。
反過(guò)來(lái)，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上外加電場(chǎng)時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。
壓電加速度計(jì)是利用正壓電效應(yīng)工作的。
具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)稱(chēng)為壓電材料。
在自然界中，具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，但大多數(shù)共效應(yīng)很微弱，只有少數(shù)如石英晶體、壓電陶瓷等才有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)。
壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)型犬有壓縮型、剪切型和彎曲型三種，圖11—5為壓縮型加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。
其敏感元件是壓電晶體片4，晶體片上壓一個(gè)質(zhì)量塊3，用一個(gè)剛度較大的彈簧2對(duì)這個(gè)質(zhì)量塊施加一個(gè)預(yù)緊力，并將它們綻在一個(gè)帶有厚的基座6的金屬外殼1內(nèi)。
當(dāng)加速度計(jì)安裝在被測(cè)扳動(dòng)物體上而隨之板動(dòng)時(shí)，傳感器，質(zhì)量塊就產(chǎn)生一個(gè)正比于振動(dòng)加速度的力作用在壓電晶體片上，根據(jù)正壓電效應(yīng)，在晶體片兩相對(duì)的表川上就產(chǎn)生交變的電材，共大小與作用力成正比，田質(zhì)量塊的質(zhì)量固定不變，所以晶體片上的電荷與扳動(dòng)加速度成正比。
壓電加速度計(jì)只有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、頻帶寬、靈敏度高、測(cè)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用最為廣泛。
壓電加速度計(jì)的穩(wěn)定性較好，在振動(dòng)計(jì)量中，往往作為標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)使用。
圖6 - 14是一種壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
它主 要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。
整 個(gè)部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。
質(zhì)量塊一般由體 積質(zhì)量較大的材料（如鎢或重合金）制成。
預(yù)壓彈簧的作用 是對(duì)質(zhì)量塊加載，產(chǎn)生預(yù)壓力，凸輪軸位置傳感器，以保證在作用力變化時(shí)，晶 片始終受到壓縮。
整個(gè)組件都裝在基座上。
為了防止被測(cè) 件的任何應(yīng)變傳到壓電晶片上而產(chǎn)生假信號(hào)，基座一般要 求做得較厚。
基座與被測(cè)物體剛性固定在一起。
當(dāng)加速度傳感器和被測(cè)物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，所以，在 壓電元件的兩個(gè)表面上產(chǎn)生交變電壓或電荷。
當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器 輸出的電壓或電荷與作用力成正比，從而可得知被測(cè)物體的加速度。
加速度傳感器的應(yīng)用 通過(guò)測(cè)量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對(duì)于水平面的傾斜角度。
通過(guò)分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。
但是剛開(kāi)始的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)光測(cè)量?jī)A角和加速度好像不是很有用。
但是，工程師們已經(jīng)想出了很多方法獲得更多的有用的信息。
加速度傳感器可以幫助機(jī)器人了解它身處的環(huán)境。
是在爬山？還是在走下坡，摔倒了沒(méi)有？或者對(duì)于飛行類(lèi)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，對(duì)于控制姿態(tài)也是至關(guān)重要的。
更要確保的是，你的機(jī)器人沒(méi)有帶著炸單自己前往人群密集處。
一個(gè)好的程序員能夠使用加速度傳感器來(lái)回答所有上述問(wèn)題。
加速度傳感器甚至可以用來(lái)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。
加速度傳感器可以測(cè)量牽引力產(chǎn)生的加速度。
案例 加速度傳感器應(yīng)用于地震檢波器設(shè)計(jì) 地震檢波器是用于地質(zhì)勘探和工程測(cè)量的*傳感器，是一種將地面振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳感器，能把地震波引起的地面震動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)、運(yùn)算處理。
加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，典型應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、步程計(jì)和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等。
加速度傳感器技術(shù)應(yīng)用于車(chē)或報(bào)警 在汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展的現(xiàn)代，汽車(chē)成為了人們出行主要的交通工具之一，但是因交通事故的上亡數(shù)量也十分巨大。
在信息化的現(xiàn)代利用高科技去挽救人的生命將會(huì)是重大研究的主題之一，基于加速度的車(chē)或報(bào)警系統(tǒng)正是懷著這種設(shè)計(jì)理念，相信這種系統(tǒng)的推廣，會(huì)給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)更多的安全。
加速度傳感器應(yīng)用于監(jiān)測(cè)高壓導(dǎo)線舞動(dòng) 目前國(guó)內(nèi)對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測(cè)多采用視頻圖像采集和運(yùn)動(dòng)加速度測(cè)量?jī)煞N主要技術(shù)方案。
前者在野外高溫、高濕、嚴(yán)寒、濃霧、沙塵等天氣條件下，不僅對(duì)視頻設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性要求很高，汽車(chē)傳感器，而且拍攝的視頻圖像的效果也會(huì)受到影響，在實(shí)際使用中只能作為輔助監(jiān)測(cè)手段，無(wú)法定量分析導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)參數(shù)；而采用加速度傳感器監(jiān)測(cè)導(dǎo)線舞動(dòng)情況，流量傳感器，雖可定量分析輸電導(dǎo)線某一點(diǎn)上下振動(dòng)和左右擺動(dòng)的情況，但只能測(cè)出導(dǎo)線直線運(yùn)動(dòng)的振幅和頻率，而對(duì)于復(fù)雜的圓周運(yùn)動(dòng)，則無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。
所以我們必須加快加速度傳感器的發(fā)展來(lái)適應(yīng)諸如此類(lèi)環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用。
具體 汽車(chē)安全 加速度傳感器主要用于汽車(chē)安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。
在安全應(yīng)用中，加速度計(jì)的快速反應(yīng)非常重要。
安全氣囊應(yīng)在什么時(shí)候彈出要迅速確定，所以加速度計(jì)必須在瞬間做出反應(yīng)。
通過(guò)采用可迅速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)而不是振動(dòng)不止的傳感器設(shè)計(jì)可以縮短器件的反應(yīng)時(shí)間。
其中，壓阻式加速度傳感器由于在汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展最快。
游戲控制 加速度傳感器可以檢測(cè)上下左右的傾角的變化，因此通過(guò)前后傾斜手持設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲中物體的前后左右的方向控制，就變得很簡(jiǎn)單。
圖像自動(dòng)翻轉(zhuǎn) 用加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及方向，實(shí)現(xiàn)所要顯示圖像的轉(zhuǎn)正。
電子指南針傾斜校正 磁傳感器是通過(guò)測(cè)量磁通量的大小來(lái)確定方向的。
當(dāng)磁傳感器發(fā)生傾斜時(shí)，通過(guò)磁傳感器的地磁通量將發(fā)生變化，從而使方向指向產(chǎn)生誤差。
因此，如果不帶傾斜校正的電子指南針，需要用戶水平放置。
而利用加速度傳感器可以測(cè)量?jī)A角的這一原理，可以對(duì)電子指南針的傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。
GPS導(dǎo)航系統(tǒng)死角的補(bǔ)償 GPS系統(tǒng)是通過(guò)接收三顆呈120度分布的衛(wèi)心信號(hào)來(lái)最終確定物體的方位的。
在一些特殊的場(chǎng)合和地貌，如遂道、高樓林立、叢林地帶，GPS信號(hào)會(huì)變?nèi)跎踔镣耆?，這也就是所謂的死角。
而通過(guò)加裝加速度傳感器及以前我們所通用的慣性導(dǎo)航，便可以進(jìn)行系統(tǒng)死區(qū)的測(cè)量。
對(duì)加速度傳感器進(jìn)行一次積分，就變成了單位時(shí)間里的速度變化量，從而測(cè)出在死區(qū)內(nèi)物體的移動(dòng)。
傳感器 軟件：在定時(shí)器定時(shí)到之前，CPU訪問(wèn)一次定時(shí)器，讓定時(shí)器重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，正常程序運(yùn)行，該定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖，watchdog也就不會(huì)起作用。
一旦尖峰干擾出現(xiàn)了“飛程序”，則CPU就不會(huì)在定時(shí)到之前訪問(wèn)定時(shí)器，因而定時(shí)信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)，從而引起系統(tǒng)復(fù)位中斷，保證智能儀器回到正常程序上來(lái)。
(4)實(shí)行電源分組供電，例如：將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源與控制電源分開(kāi)，以防止設(shè)備間的干擾。
(5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其它設(shè)備的干擾。
該措施對(duì)以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。
(6)采用隔離變壓器考慮到高頻噪聲通過(guò)變壓器主要不是靠初、次級(jí)線圈的互感耦合，而是靠初、次級(jí)寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初、次級(jí)之間均用*層隔離，減少其分布電容，以提高抵抗共模干擾能力。
(7)采用高抗干擾性能的電源，如利用頻譜均衡法設(shè)計(jì)的高抗干擾電源。
這種電源抵抗隨機(jī)干擾非常有效，它能把高尖峰的擾動(dòng)電壓脈沖轉(zhuǎn)換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓，但干擾脈沖的能量不變，從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。
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