压电加速度传感器原理及应用

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。

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化测量加速度，压阻型加速度传感器通过应变电阻值的变化输出加速度信号，应变电阻是传感器惯性感应系统的一部分。很多工程师熟悉应变片，并知道如何测量其输出。大多数的压阻型传感器对温度变化敏感，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用空气阻尼(MEMS型)，要么

采用液体阻尼(粘贴应变片型)。阻尼特性是选择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。由于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。由于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，使用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安全测试，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。在作出选择之前，明确它们的区别和测试需求是非常重要的。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(1Hz)的应用，或者需要用加速度计算速度和位移的应用，需要选择具有直流响应的加速度传感器。直流和交流响应的加速度传感器都可以测量动态信号。当仅需要量动态信号时，使用者可以各取所好。有些使用者不喜欢处理直流响应加速度传感器的零点偏置，而更加喜欢交流耦合、单端输出的压电加速度传感器。而另一些使用者不在乎处理零点偏置，习惯3线或4线接口，喜欢负载电阻自检测试(shunt)，和重力加速度自检测试(2g翻转)功能。他们会选择直流响应加速度传感器。