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浅析几类微型加速度传感器工作原理 发布时间:2020-10-29   浏览量:97次

微型加速度传感器是微型传感器的分支,隶属于微机电技术领域,一直以来都是热门且具有现实意义的研究课题。采用微机电技术的微型加速度传感器使用寿命长、成本低、体积重量小,综合性能大大优于常规的加速度传感器,无论在民用还是军用领域都有着广泛地应用。


加速度计是测量质量块在加速度作用下的位移、质量块作用在框架上的力或者维持质量块位置所需要的力。加速度计应包含质量块、弹性件、阻尼元件和限位件等基本元件。

加速度计基本构成.jpg

微型加速度传感器可以通过控制系统类型、加工技术、敏感机理等进行分类。根据控制系统类型可分为开环式和闭环式,两者区别在于结构上有无反馈控制端使质量块自动回到平衡位置。根据加工技术可分为体加工和表面加工。根据敏感机理分为压阻式、压电式、电容式、隧道电流型。

压阻式微型加速度传感器.png

压阻式微型加速度传感器的工作原理为压阻效应,即在一块半导体的某一轴向施加一定的应力时其电阻率产生变化的现象。当有加速度输入时,悬臂梁在质量块受到的惯性力牵引下发生形变,导致固连的压阻膜也随之发生形变,其电阻值由于压阻效应发生变化,导致压阻两端的检测电压值发生变化,从而可以通过确定的数学模型推导出输入加速度与输出电压值的关系。作为最早出现的微型加速度传感器,具有结构、制作工艺简单,接口电路易于实现的优点。

电容式微型加速度传感器.jpg

电容式微型加速度传感器的工作原理为位移变化引起电容变化。质量块上配置有检测电容的一个极板,当有加速度作用时,质量块发生位移,上下电容发生变化,根据电容变化差值可以得到加速度。电容式微型加速传感器灵敏度和测量精度高,产品稳定性好,温漂小、功耗低。电容扭摆式工作原理与电容式相同,结构不同,其质量块是不对称的,通过扭转轴与基座相连,基座表面有固定电极,质量块表面有相应的运动电极,当有加速度作用时,不对称的质量块在惯性作用下绕扭转轴发生转动。

压电式微型加速度传感器.png

压电式微型加速度传感器利用压电效应,在弹性梁上覆盖一层压电材料,上下电极分别分布在压电材料的上下表面,当有加速度作用时,弹性梁上应力发生变化,可通过测量上下电极产生的电压来得知加速度的变化。此类加速度传感器结构相对简单,且容易测量。


隧道电流式微型加速度传感器利用隧道效应,当平板电极和隧道针尖电极距离达到一定条件时,质量块在惯性作用下发生偏移,偏移量直接影响到隧道电流的变化,通过检测隧道电流变化量可以间接检测加速度值。

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