加速度传感器的原理及其选型方法

这个看似极小的幅度上的差异在积分之后将产生重大的误差1。直流响应的加速度传感器却没有这样的问题，由于其输出能够精确

的尾随缓慢变幻的输入。在实际的日常应用中，输入信号可能不是单纯的半正弦脉冲，但是用沟通耦合的传感器测试任何缓慢变幻的信号时这样的问题始终会存在。

现在我们看看各种常用的加速度传感器技术。

沟通响应加速度传感器

最常用的沟通响应加速度传感器是采纳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，压电元件犹如一个有源的器，其内阻在10x9欧姆级别。由内阻和电容打算了RC时光常数，这也打算了传感器的高频通过特性。因为这个缘由，压电加速度传感器不能用于测量静态大事。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，输出型。

电荷输出型加速度传感器

主要的压电加速度传感器采纳锆钛酸盐陶瓷，具有很宽的工作温度范围，宽的动态量程，宽的频率范围（可用频率>10kHz）。电荷输出型加速度传感器把压电陶瓷封装在具有气密性的金属外壳中。因为具有反抗严酷环境的能力，其具有十分好的耐久性。因为其具有很高的阻抗，该传感器需要协作电荷和低噪声屏蔽电缆用法，最好是同轴电缆。低噪声电缆是指其具有低的摩擦电噪声2，这是一种运动产生的来自电缆本身的噪声。无数传感器厂家同时提供这种低噪声电缆。电荷放大器和电荷输出型加速度传感器衔接，从而可以消退电缆电容和传感器电容并联带来的影响。协作先进的电荷放大器，电荷输出型加速度传感器很简单实现宽的动态响应（>120dB）。因为压电陶瓷的工作温度范围很宽，有些传感器可以用于-200°C到+400°C，甚至更宽温度的环境。它们特殊适合极限温度下的振动测试，如涡轮引擎的监测。电压输出型加速度传感器

另一种压电加速度传感器输出电压信号而不是电荷信号。这种传感器的内部包含了电荷放大器。电压模式的传感器有3线式（信号，地，电源）和2线式（信号/电源，地）。2线式又被称为式压电传感器（IEPE）。因为可以便利的采纳同轴线（2线，芯线和屏蔽线）衔接，IEPE十分流行。该模式下，沟通信号叠加在直流电源上。在输出端串联一个耦合电容能够去掉传感器的直流偏置电压，从而仅获得传感器信号输出。许多现代仪器提供IEPE/ICP3输入接口，从而可以和IEPE传感器挺直衔接。假如IEPE供电接口不行用，需要一个带有恒流源的信号放大器和IEPE 传感器一期用法。3线式传感器则需要一根单独的直流电源线供电。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，电路的工作温度范围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－因为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非常灵便，由于其满量程可以通过远程的电荷放大器由用户自由调整。而电压输出型加速度传感器具有既定的满量程，其打算于内部的电荷放大器，一旦由工厂生产出来，将不再能转变。

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

两种技术常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（随加速度变幻，由检测质量块引起电容变幻）加速度传感器在当今是最通用的。在某些领域无可替代，如平安气囊，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。全部的电容型加速度传感器都具有内部时钟，该时钟(~500kHz)是检测电路必不行少的部分，因为泄漏常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，普通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。因为内置了放大器芯片，其普通具有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普通在几百Hz，部分缘由是其具

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，其上限普通在100g以内。除了这些，现代的电容型加速度传感器，特殊是仪用级别的器件，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，成本低是一个缘由。对于低频运动测试，加速度普通也低，它们是一个抱负的挑选。例如土木工程中的振动测试。

压阻型压阻型加速度传感器是另一种广泛应用的直流响应加速度传感器。不同于电容型加速度传感器通过电容的变幻测量加速度，压阻型加速度传感器通过应变值的变幻输出加速度信号，应变电阻是传感器惯性感应系统的一部分。无数工程师认识应变片，并知道如何测量其输出。大多数的压阻型传感器对温度变幻敏感，因而需要对其输出信号在传感器内部或外部做温度补偿。现代压阻型加速度传感器包含一个专用集成电路做在板信号处理，也包含温度补偿。

压阻型加速度传感器的工作频率可达5000Hz。许多压阻型加速度传感器要么采纳空气阻尼（型），要么采纳液体阻尼（粘贴应变片型）。阻尼特性是挑选传感器的一个重要因素。某些应用下，输入的机械振动包含高频成份（或激发高频响应），带阻尼的传感器可以防止本身产生振铃（谐振），从而保留或增大了可用动态范围。因为压阻型加速度传感器的输出是差分的纯电阻信息，信噪比通常很好；其动态范围仅受限于后接直流放大器的品质。对于高加速度冲击测试，某些压阻型加速度传感器能够测量到超出10000g的加速度。

因为具有宽的频率响应能力。压阻型加速度传感器适合做脉冲、碰撞测试，在这些测试中频率和加速度通常都很高。作为具有直流响应能力的传感器，通过其加速度输出，用法者可以得到无积分误差的速度和位移信息。压阻型加速度传感器通常应用于汽车平安测试，武器测试，地震测试等。

小结

每种加速度传感器技术都有其优缺点。在作出挑选之前，明确它们的区分和测试需求是十分重要的。首先也是最重要的是，对于需要测量静态加速度或低频加速度（