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加速度传感器的原理及如何选型
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加速度传感器的原理及如何选型

2021-10-13 14:27:02 来源:见物不取失之千里

【哔哥哔特导读】为了测量加速度,我们需要提供已知质量 m并测量由该质量施加在力传感器上力的大小 F。 力传感器是加速度传感器的关键部件, 其包括两个零部 件: 一个在力的作用下变形的弹簧和一个用于确定变形量的变形传感器。

加速度传感器的原理

传感器

线性加速度传感器属于不需要参照静止坐标系的惯性传感器类。它们被连接到移动平台。 名称中的“惯性”是指在运动中需具有足够大的惯性。在导航设备中,加速度传感器与陀螺仪配合使用,通常包含3个正交的速率陀螺仪和3个正交的加速度传感器,分别测量角速度和线加速度。通过处理来自这些装置的信号,就可以跟踪运动物体的位置和方向。

加速度传感器被用于测量物体受到包括重力在内的外力所产生的加速度。虽然重力通常是一个指向质量块重心的恒力,但其他力可以在一个宽的幅度和频率范围内变化大小和方向。 因此,典型的加速度传感器应可以响应于各种形式的加速度———从匀速到缓慢移动再到强冲击和振动。

从牛顿第二定律可知,定义加速度矢量为a=F/m,式中,F为力矢量;m为受引起加速度的力作用的物体质量(标量值)。

因此,质量、加速度和力都互相联系。 加速度的方向与力的方向相同。上式表明,为了测量加速度,我们需要提供已知质量 m并测量由该质量施加在力传感器上力的大小 F。 力传感器是加速度传感器的关键部件, 其包括两个零部 件: 一个在力的作用下变形的弹簧和一个用于确定变形量的变形传感器。

转换理论与特性

单轴加速度传感器可定义为一个由质量物体(有时称为质量块或激振质量块)、弹簧状支撑系统、具有阻尼特性的框架结构(见下图),以及位移传感器组成的单自由度装置。 为了制造一个功能加速度传感器,其外壳需连接到运动平台。

质量块m由压缩弹簧支撑,该弹簧允许质量块上下运动。接下来,质量块连接到另外两个部件:阻尼器和位移传感器。阻尼器减慢质量块运动速度,而位移传感器确定质量块相对于空档(无加速度)时的位置。

将加速度传感器用于特殊应用时, 必须回答下列问题:

1) 振动或线性加速度的期望幅值是多少?

2) 工作温度是多少? 环境温度的变化有多快?

3) 期望的频率范围是多少?

4) 所需线性度和精度是多少?

5) 最大容许尺寸是多少?

6) 可以提供何种类型的电源?

7) 是否应用于腐蚀性强或高湿度环境?

8) 预期过载有多大?

9) 是否应用于强声场、 电磁场或静电场环境?

10) 是否机械接地?

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