三軸加速度傳感器的工作原理

加速度傳感器是用來將加速度這一物理信號轉(zhuǎn)變成便于測量的電信號的測試儀器。它是工業(yè)、國防等許多領(lǐng)域中進(jìn)行沖擊、振動測量常用的測試儀器。

我們知道加速度傳感器是能夠去測量加速力的電子設(shè)備。大多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作完成的。談到的壓電效應(yīng)就是對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象，加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個特性，晶體變形會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。

多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。

一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其zui基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的機(jī)會和問題。

目前的三軸加速度傳感器大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，產(chǎn)生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過相應(yīng)的放大和濾波電路進(jìn)行采集。這個和普通的加速度傳感器是基于同樣的一個原理，所以在一定的技術(shù)上三個單軸就可以變成一個三軸。對于多數(shù)的傳感器應(yīng)用來看，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用。但是有些方面的應(yīng)用還是集中在三軸加速度傳感器中例如在數(shù)采設(shè)備，貴重資產(chǎn)監(jiān)測，碰撞監(jiān)測，測量建筑物振動,風(fēng)機(jī),風(fēng)力渦輪機(jī)和其他敏感的大型結(jié)構(gòu)振動。

加速度傳感器是用來將加速度這一物理信號轉(zhuǎn)變成便于測量的電信號的測試儀器。差容式力平衡加速度傳感器則把被測的加速度轉(zhuǎn)換為電容器的電容量變化。實現(xiàn)這種功能的方法有變間隙，變面積，變介電常量三種，差容式力平衡加速度傳感器利用變間隙，且用差動式的結(jié)構(gòu)，它優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)好，能實現(xiàn)無接觸式測量，靈敏度好，分辨率強(qiáng)，能測量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的電容量一般很小，僅幾pF至幾百pF，其容抗可高達(dá)幾MΩ至幾百M(fèi)Ω，所以對絕緣電阻的要求較高，并且寄生電容(引線電容及儀器中各元器件與極板間電容等)不可忽視。近年來由于廣泛應(yīng)用集成電路，使電子線路緊靠傳感器的極板，使寄生電容，非線性等缺點不斷得到克服。
                        
在加速度傳感器中有一種是三軸加速度傳感器，同樣的他是基于加速度的基本原來去實現(xiàn)工作的，加速度是個空間矢量，一方面，要準(zhǔn)確了解物體的運(yùn)動狀態(tài)，必須測得其三個坐標(biāo)軸上的分量；另一方面，在預(yù)先不知道物體運(yùn)動方向的場合下，只有應(yīng)用三軸加速度傳感器來檢測加速度信號。三軸加速度傳感器具有體積小和重量輕特點，可以測量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動性質(zhì)，在航空航天、機(jī)器人、汽車和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。