交流响应加速度传感器
最常用的交流响应加速度传感器是采用压电元件作为其敏感单元的。当有加速度输入时,传感器中的检测质量块“移动”使压电元件产生正比于输入加速度的电荷信号。从电学角看,压电元件如同一个有源的电容器,其内阻在10x9 欧姆级别。由内阻和电容决定了RC时间常数,这也决定了传感器的高频通过特性。由于这个原因,压电加速度传感器不能用于测量静态事件。压电元件可来自于自然界或人造。它们有不同的信号转换效率和线性。市场上有两类压电加速度传感器-电荷输出型,电压输出型。
电荷输出型加速度传感器
与电荷输出型加速度传感器不同的是,除了压电陶瓷元件,电压输出型加速度传感器包含一个微型电路,电路的工作温度范围限制了传感器的整体工作温度范围,通常不超过125°C。也有一些设计提高到了175°C, 但其在其它性能方面会有所下降。
可用动态范围-由于压电陶瓷元件具有极宽的动态范围,电荷输出型加速度传感器在量程定义上显得十分灵活,因为其满量程可以通过远程的电荷放大器由用户自由调节。而电压输出型加速度传感器具有既定的满量程,其决定于内部的电荷放大器,一旦由工厂生产出来,将不再能改变。
压电加速度传感器可以制成很小的封装,因此适合做轻结构的动态测试。
直流响应加速度传感器
两种技术经常被用来制作直流响应加速度传感器:电容型 压阻型
电容型
电容型(随加速度变化,由检测质量块引起电容变化)加速度传感器在当今是最通用的。在某些领域无可替代,如安全气囊,手机移动设备等。高的产量使得该类传感器成本低廉。但是这种低成本的传感器受制于较低的信噪比,有限的动态范围。所有的电容型加速度传感器都具有内部时钟,该时钟(~500kHz)是检测电路必不可少的部分,由于泄漏经常会对输出信号产生干扰。这种噪声的频率远高于测量信号的频率,一般不会对测量结果造成影响,但是它始终和测试信号叠加在一起。由于内置了放大器芯片,其一般具有3线(或4线差分输出)接口。只要有直流供电便能工作。
电容型加速度传感器的工作带宽一般限制在几百Hz,部分原因是其具有大的内部结构和重的空气阻尼。电容型加速度传感器适合测量低量程的加速度,其上限一般在100g以内。除了这些限制,现代的电容型加速度传感器,特别是仪用级别的器件,具有很好的线性和高的稳定性。
电容型加速度传感器通常适合板载测试,成本低是一个原因。对于低频运动测试,加速度一般也低,它们是一个理想的选择。例如土木工程中的振动测试。