加速度传感器传感器课程设计
电容式加速度传感器课程设计1003030304
随着科学技术的不断发展，自动化智能化一步一步走入人们生活中的每一个角落。然而自动化与智能化的实现无疑离不开传感器。传感器这个大家族之中，电容式传感器又占有举足轻重的位置。电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。本课程设计设计了一种基于MEMS的电容式测量加速度的传感器。
基于微机电系统( MEMS)技术的微机械加速度传感器具有体积小、质量轻、启动快、功耗低、易集成、可靠性好、抗过载能力强和成本低廉等诸多优点，在航空航天、汽车技术机器人技术、工业自动化、掌上电子产品等诸多领域得到了广泛的应用。根据其敏感信号方式，可以分为微型电容式速度传感器、微型压阻式加速度传感器、微型压电式加速度、感器和微型隧道电流式加速度传感器等。
关键词：电容加速度传感器信号放大微电子机械系统
第一章绪论 (3)
1.1 课题研究的相关背景 (3)
1.2 选题的目的和意义 (4)
1.3 课题研究的内容 (5)
1.4 国内外研究现状 (5)
1.5 传感器目前存在的主要问题 (5)
第二章结构设计 (6)
2.1 微机械电容式加速度计的结构设计原则 (6)
2.2 微机械电容式加速度计的三种常见结构 (6)
2.3 电容式加速度传感器设计方法选择与优化 (7)
2.4 电容加速度传感器结构梁的设计 (10)
2.5微机械电容式加速度传感器的设计参数 (14)
课程设计 基于加速度传感器的计步器设计
课程设计（报告）
题目：基于加速度传感器的计步器设计课程：传感器与检测技术
基于加速度传感器的计步器设计
摘要随着我们生活水平的不断提高，社会各阶层的人们开始对身体健康尤其的关注。然而健身的方法数不胜数，步行是最好的运动之一。健康需要走出来，行走锻炼——人类生命健康的加氧站。步行是一种静中有动、动中有静的健身方式，可以缓解神经肌肉紧张。据专家实验得出，当烦躁、焦虑的情绪涌上心头时，我们以轻快的步伐散步15分钟左右，即可缓解紧张、稳定情绪。计步器功能可以根据计算人的运动情况来分析人体的健康状况。而人的运动情况可以通过很多特性来进行分析。比如人在运动时会产生加速度。
论文主要采用了以单片机AT89C52为核心的计步器控制系统，并实现运动计步，是通过人运动时产生加速度变化来实现的，本文利用具有体积小，功耗低，三轴加速度传感器MMA7455来实现，采集到的加速度数据通过适当的算法就可以实现计步功能，最后通过LCD1602给予显示。
本设计的特色在于完整的设计出计步器及其控制电路，整个系统具有控制方便，检测精确，硬件结构简单，方便携带，成本较低等优点。
关键词：单片机；加速度传感器；液晶显示
Abstract With our continuous improvement of living standards, social strata, especially the health of people began to concern. However, numerous methods of fitness, walking is the best exercise one. Health needs to come out, walking exercise - human life and health and oxygen station. Walking is a static in action, moving in a static way of fitness, can relieve nerve muscle tension. According to experts, experimentally derived, when irritability, anxiety in my heart, we are walking at a brisk pace for about 15 minutes, you can relieve tension, emotional stability. Pedometer function can be calculated according to the movement of the person to analyze human health. And the movement of people can be analyzed through a number of characteristics. Such as human in motion will produce accelerations.
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器是一种应用广泛的测量传感器，各种型号的加速度传感器都可以用来测量振动或者加速度。本文将介绍加速度传感器的实验，以及分析实验结果的一些重要指标。
一、实验环境
本次实验环境为实验室内，空气温度为25°C，实验使用的加速度传感器为精密型加速度传感器，量程为±15g，滤波为50Hz，高通滤波器带宽为10Hz，频率范围125kHz至2kHz。
二、实验原理
加速度传感器主要是通过测量物体运动方向（上升/下降）以及速度的变化来实现的，它可以实时测量到物体的加速度，进而检测到物体的动作、位移等信息。实验测试结果为：温度变化0.1°C会引起加速度传感器的输出经0.18 g/°C变化。
三、实验结果
加速度传感器实验结果表明，实测值满足要求，温度变化引起的加速度传感器输出变化也满足实验要求的0.18 g/°C。这些结果表明，加速度传感器的计算能力、精度以及可靠性都较高，在不同环境条件下能够满足较高精度的要求。
四、实验分析
通过实验结果可以看出，加速度传感器输出精度较高，准确性可靠，能够稳定满足要求。在此基础上，未来可以基于加速度传感器的输出，进行各种类型的测量或者运动的监测，从而获得更全面的测量结果。
基于MEMS加速度传感器的振动加速度测量系统设计
基于MEMS加速度传感器的振动加速度测量系统设计
MEMS加速度传感器是一种用于测量物体振动加速度的小型传感器。
其采用了微电子机械系统（MEMS）技术，可以在小而轻的尺寸下提供高精
度和高可靠性的加速度测量。
设计一种基于MEMS加速度传感器的振动加速度测量系统可以用于工
业监测、结构健康监测、运动分析等领域。以下是一种可能的设计方案，
该方案可以实现实时采集、处理和显示振动加速度数据。
1.硬件设计：
a. MEMS加速度传感器选择：选择具有高精度和高稳定性的MEMS加
速度传感器，例如InvenSense公司的MPU-6050. 它具有
±2g/±4g/±8g/±16g 这四种测量范围的选择，可以根据实际需求选择
合适的量程。
b.数据采集电路：使用微控制器或单片机作为主控制器，通过I2C或SPI接口与MEMS加速度传感器进行通信。采集传感器输出的原始加速度
数据，并对其进行模数转换。
c.数据处理模块：在主控制器中设计一个数据处理模块，用于对采集
到的原始数据进行滤波和数字信号处理。可以采用数字滤波算法，如低通
滤波器和移动平均滤波器，以降低噪声和滤除高频振动。
d.数据存储：设计一块闪存芯片或SD卡，用于存储采集到的加速度
数据。可以选择适当的存储器容量和数据写入速度，以满足实际应用需求。
e.显示部分：设计一块数字显示屏或连接到计算机的显示设备，用于
实时显示振动加速度数据。可以使用LCD屏幕或者通过串口将数据传输到
计算机进行可视化显示。
2.软件设计：
a.主控制器程序：编写主控制器的程序，用于控制数据采集、数据处
基于加速度传感器和单片机的毕业设计
Through the entire system commissioning, shaking sensors, speakergives out"cries,"and thevolumearepositively related tothe intensityofmovement.Then we realizethe basic function of the system.
智能化情绪调节类玩具的优点是很突出的。通过微控制器控制的智能玩具可以进行内部数据处理，控制产生不同的效果。若再辅以各类外部传感器模块的特殊功能，智能玩具还可以与用户进行多种方式的互动[1]。这样一来，智能玩具在改善用户情绪方面，无疑会带来显著的作用。
1.2 课题目的与意义
本设计拟采用SPCE061A开发板控制加速度传感器实现一个“出气宝宝”系统，在人们发泄情绪打击出气宝宝的时候，根据打击力度发出对应的“哭声”。通过这样的方式，人们以娱乐的方式合理表达了攻击性，发泄了内心的种种压抑情绪，进而实现了心理调节。
传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计
课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院
课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。目录示例
目录
第1章摘要 (1)
第2章引言 (2)
第3章电路仿真及准备作 (3)
第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)
4.1 结构设计 (12)
4.2 电容设计与计算 (12)
4.3 其他参数的计算 (12)
第5章误差分析 (13)
第6章结论 (14)
心得体会 (14)
参考文献 (15)
第一章摘要
传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。
压电式传感器是基于压电效应的传感器。压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
悬臂梁加速度传感器设计讲解
悬臂梁加速度传感器设计组员：陈曦雷钰琛李峰殷思民周志成
CONTENTS
设计思路
设计任务及技术指标
悬臂梁与质量块设计
设计结果
一、设计思路
SETP1机械振动带动传感器的质量块振动，并且他们有共同的加速度a
SETP2根据公式F=ma，把加速度的变化转为力的变化。力就作用悬臂梁使粱横向拉长或压缩，从而带动应变片电
阻的变化。一个应变片受拉，电阻增大，另一个受压，
电阻减小
SETP3 通过电桥把位移的变化转为电压的变化，通过电压放大用电压表测出相应的电压，从而就可以得到相应的
加速度
CONTENTS
设计思路
设计任务及技术指标
悬臂梁与质量块设计
设计结果
二、设计任务及技术指标
测量范围：800g
精度：1%
频响：1~1000HZ
~
重量：不大于200g
电桥电压：5V
CONTENTS
设计思路
设计任务及技术指标
悬臂梁与质量块设计
设计结果
三、悬臂梁与质量块设计整体结构图
~
三、悬臂梁与质量块设计
梁结构设计
根据设计指标估计如下结构参数
梁长度为16.5mm,伸出部分为12.5mm，固定端为8mm 梁厚度为1mm，体积约为95mm3
~
材料初选为普通碳钢，密度ρ=7.8g/cm3
普通碳钢性能表
三、悬臂梁与质量块设计
~
三、悬臂梁与质量块设计梁零件图
~
三、悬臂梁与质量块设计
质量块设计
质量块分为上下两个质量块，材料选择铍青铜，密度ρ=8g/cm3
~
铍青铜性能表
三、悬臂梁与质量块设计上下质量块零件图
~
三、悬臂梁与质量块设计计算梁的最大绕度
绕度反映了梁与质量块的活动空间
~
三、悬臂梁与质量块设计 有限元分析
~位移图 应力图
应变图
通过算出质量块的等效质
加速度传感器课程论文
加速度传感器课程论文
ADXL05型单片加速度传感器的工作原理及实际应用
姓名：杨锐
电气四班（19）
前言：
单片加速度传感器的典型产品有美国ADI 公司生产的ADXL05、ADXL105.、ADXL190、ADXL202和ADXL210，还有美国Motorola公司生产的MMA1200D、MMA120IP和MMA1220D。上述产品也称为加速度计( accelerometer)，可广泛用于工业、交通、地矿、建筑及军事领域，既可测量重力加速度，又可以测量由振动、冲击所产生的加速度、速度，位移等参数，还能取代水银式倾斜仪测量倾斜角。单片加速度传感器分模拟信号输出、数字信号输出两种形式，ADXL05、ADXL105和MMA1200D 均属于模拟电压输出式，ADXL202和ADXL210 则属于数字输出式，或者能输出与加速度成比例关系的占空比信号。此外，ADXL05、ADXL105均属于单轴加速度传感器，只能测量沿X轴方向的加速度；ADXL202、ADXL210属于双轴加速度传感器，可同时测量沿X轴、Y轴两个方向的加速度。
1、ADXL05的工作原理
1.1 性能特点
（1）在ADXL05芯片中集成了一个完整的加速度测量系统，内部包含用单晶硅制成的电容式加速度传感器和信号调理器。最大外形尺寸仅为φ9.4x19（mm），质量为5g。
(2)它属于力平衡式加速度传感器，测量加速度时满量程为±1~±5g (lg=9.8m/s),具体量程可通过外围元件来设定。分辨力可达0.005g。加速度计的电压比例系数为200mv/g,满量程时的非线性误差为±0.2%，谐振频率为12kHz。
电容式加速度传感器
湖南科技大学
课程设计
课程设计名称：《传感器/测控电路》课程设计***名：***
学院：机电工程学院
专业及班级：测控技术与仪器2班
学号：**********
指导教师：余以道杨书仪
2012 年 6 月
摘要
随着科学技术的不断发展，自动化智能化一步一步走入人们生活中的每一个角落。然而自动化与智能化的实现无疑离不开传感器。在传感器这个大家族之中，电容式传感器又占有举足轻重的位置。电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。
本课程设计设计了一电容式测量加速度的传感器。利用滑块的惯性和弹簧的弹力带动介子的移动。介子的移动是电容的电容量发生变化，这个电容的变化转变为电流的变化。通过运算放大器的作用，把信号放大。再通过A/D转换把信号转变为数字量，最后显示在屏幕上。
关键词：电容式加速度传感器；信号放大；变介电常数。
ABSTRACT
Along with the development of science and technology, automation intelligent step by step into people of every corner. However the realization of automation and intelligent undoubtedly cannot leave the sensor. In this big family of sensor, capacitive sensor and pivotal position. Capacitor sensor is the advantage of simple structure, low price and high sensitivity, zero hysteresis, vacuum compatible, overload ability, good dynamic response characteristics of high temperature, radiation, and strong vibration bad conditions such as the adaptability, etc. Defect is output is nonlinear, parasitic capacitance and distributed capacitance measuring accuracy and sensitivity to the great influence, and connection circuit is more complex, etc.
8 传感器实验-加速度传感器
传感器实验
压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
加速度传感器
知识准备
1 以上知识点，可参阅
讯方公司 传感器实验
通过本实验了解加速度传感器的硬件电路和工作原理
1．
编写一个读取加速度传感器输出信号的程序
2． 将X 、Y 、Z 三个轴的加速度值分别做简单的处理显示
1． 硬件部分
（1） 采集节点一个
（2）
J-Link 仿真器一个 （3） 显示终端一台 （4） 加速度传感器一个
2． 软件部分
Keil μVision4 开发环境，J-Link 驱动程序
1． 加速度传感器工作原理
电路中用到，加速度传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。其基本工作原理：经过信号放大电路，加速度传感器电路将感受到X 、Y 、Z 三个轴加速度以数字形式输出至单片机系统, 由状态显示系统进行显示。
加速度传感器工作框图如图5-1：
图5-1 电路工作框图
2.加速度传感器的硬件电路图
电路中，加速度传感器电路如图5-2。
图5-2 加速度传感器原理图
3.工作模式:
mma7660主要有三种工作模式.(通过设置MODE寄存器)
1).Standby(待机)模式
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验是一种研究加速度传感器的实验，它使用加速度传感器来检测物体的位置、加速度、以及其他物理参数。主要用于测量机械结构、机械装置或控制系统对加速度变化的反应。
二、实验原理
加速度传感器实验主要是通过测量加速度传感器传出的信号来
计算物体的速度和加速度，以此来检测物体的位置，加速度，以及其他物理参数。主要原理是利用微涨落电位（V/m）来判断加速度变化，并将其转化为加速度的数字信号。
三、实验设备
实验中所使用的设备主要包括加速度传感器、计算机或小型数字电路、激励源、仪器仪表等。
四、实验过程
（1）校准设备：首先，在实验过程中需要进行设备的校准，具体操作是将校准工具将加速度传感器的激励源钳位调整到恰当电位，以达到较高的准确度。
（2）测量加速度：启动加速度传感器，测量物体的加速度。根据加速度参数，在实验记录表中进行记录。
（3）检查加速度：测量完成后，需要检查加速度是否与预期一致。
五、实验结果
通过实验，记录下的加速度参数如下：
实验编号 X加速度 Y加速度 Z加速度
A1 0.5 m/s2 0.3 m/s2 0.2 m/s2
A2 0.6 m/s2 0.8 m/s2 0.3 m/s2
A3 0.7 m/s2 0.9 m/s2 0.4 m/s2
六、结论
通过本次加速度传感器实验，我们发现物体在不同方向上的加速度值不同。这些参数可以用来验证机械结构，机械装置，控制系统以及其他机械系统的性能和可靠性。此外，本实验的结果还可以用于优化机械设计，以提高机械装置的运行效率。
传感器技术与应用第9章加速度传感器
9.2 压电式加速度传感器
9.2.1 压电式加速度传感器的结构
压电式加速度传感器 的结构如图9-2所示。它主 要由压电元件、质量块、 预压弹簧、基座及外壳等 组成。 则 质 量 块 m 所 受 的 力F是加速度a的函数，即
F ma
第9章 加速度传感器及其应用案例
9.1 应变式加速度传感器 9.2 压电式加速度传感器 9.3 电容式加速度传感器 9.4 差动变压器式加速度传感器 9.5 加速度测量显示系统案例
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9.1 应变式加速度传感器
9.1.1 应变式加速度传感器的结构
由电阻应变片构成的加速度传感器结构如图9-1所示。 它主要由电阻应变 片、质量快、等强 度梁及壳体等组成。 则质量块m所受的 力F是加速度a的函 数，即
q dΒιβλιοθήκη Baidu dma
(9-4)
由式(9-4)可知，只要测出加速度传感器的输出电荷量便 可知道被测物体振动的加速度。
9.3 电容式加速度传感器
9.3.1 电容式加速度传感器的结构
由差动电容组成的加速度传感器结构如图9-3所示。
图9-3 电容式加速度传感器结构示意图
它主要有壳体、固定 极板和中间有一用弹簧 片支撑的质量块组成。 其中，此质量块的两个 端面磨平抛光，作为差 动电容器的动极板，并 引出一根电极。
基于加速度传感器的动作识别电路设计
基于加速度传感器的动作识别电路设计
动作识别技术已经在许多领域中得到广泛应用，并在人机交互、体育训练、健康监测等方面具有巨大的潜力。基于加速度传感器的动作识别电路设计是实现这一目标的重要一环。本文将深入探讨动作识别电路的设计原理以及关键技术，并结合实际案例进行详细阐述。
一、加速度传感器简介
加速度传感器是一种用于测量物体加速度的传感器。它能够感知物体在三个坐标轴上的加速度，并将其转化为相应的电信号输出。加速度传感器广泛应用于汽车碰撞安全系统、游戏控制器以及智能手机等设备中。
二、动作识别电路的设计原理
基于加速度传感器的动作识别电路主要通过分析物体在不同时间段内的加速度变化来判断所进行的动作。其设计原理可以分为以下几个步骤：
1. 数据采集：通过加速度传感器采集物体的加速度数据，并将其转化为数字信号。这些数据包括物体在三个坐标轴上的加速度值。
2. 特征提取：通过对采集到的加速度数据进行处理，提取具有代表性的特征。常用的特征包括峰值、频率、能量等。
3. 特征选择：根据所要识别的动作类型，选择适合的特征进行判别。不同的动作可能需要关注不同的特征。
4. 分类器设计：根据选定的特征，设计合适的分类器来对所要识别的动作进行判断。常用的分类器有支持向量机 (SVM)、人工神经网络 (ANN) 等。
三、关键技术与挑战
在基于加速度传感器的动作识别电路设计过程中，有一些关键技术和挑战需要
面对：
1. 数据预处理：由于加速度传感器可能受到噪声影响，需要进行数据预处理来
降低噪声对动作识别的干扰。常用的方法有滤波、均值平滑等。
加速度传感器课程设计
核准通过，归档资料。
未经允许，请勿外传！
传
感
器
课
程
设
计系别：机电工程系
专业：模具设计与制造
姓名
学号：Z********
一、设计要求
1、功能与用途
加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2、指标要求
分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。
二、设计方案及其特点
依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：
1、方案一 压电式加速度传感器
压电加速度测量系统结构框图如图1所示：
压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。这些压电材料 ,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出
电容式传感器加速度计的设计与制造
电容式传感器加速度计的设计与制造
传感器是一种将物理量转变为电信号输出的装置，是实现物联
网和智能化的重要基础设施之一，随着科技的发展，各种类型的
传感器出现在我们的生活中，其中，加速度传感器是一种常见的
传感器之一。加速度传感器可以测量物体在某一方向上的加速度，其设计和制造的成果对现代工业与航空航天的发展起到了至关重
要的作用。
电容式传感器是一种应用广泛的加速度传感器，它利用了物体
受力后变形的物理特性，实现了在物体受力时电容值的变化，从
而达到测量加速度的目的。本文将介绍电容式传感器加速度计的
设计和制造，包括元器件选型、电路设计、实物制造等方面的内容。
一、元器件选型
1. 加速度传感器
加速度传感器是电容式传感器的核心元器件，其质量和灵敏度
决定了电容式传感器的测量精度。目前市面上的加速度传感器分
为单轴加速度传感器和三轴加速度传感器两种。
在选购单轴加速度传感器时，需要考虑其量程和灵敏度。量程
通常是指能够测量的最大加速度值，灵敏度则是指在工作区间内，传感器输出信号大小随加速度单位变化的程度。在选择一款适合
的加速度传感器时，需要根据实际需求，考虑加速度信号的变化
范围、振动频率以及电路噪声等因素。
三轴加速度传感器通常可以同时测量三个方向上的加速度变化，具有更高的测量精度和可靠性。相较于单轴加速度传感器，三轴
加速度传感器通常价格更高，但在一些需要同时测量多个方向加
速度的应用中，三轴加速度传感器是更为实用的选择之一。
2. 运放
运放是电容式传感器电路中不可或缺的元器件之一。运放的作
用是将传感器输出信号放大，并转化为适合读取的电压信号。在
传感器与检测技术第四章-速度加速度传感器PPT课件
范围
2 0
k m
减小m即可实现
7
第四章 速度、加速度传感器
第二节 加速度传感器
8
第四章 速度、加速度传感器
第二节 加速度传感器
一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
质量块
当传感器与被测振动加速度的机 压电晶片
壳体
件紧固在一起后，传感器受机械 引出电极 运动的振动加速度作用，压电晶
片受到质量块惯性引起的压力，
第四章 速度、加速度传感器
第二节 加速度传感器
➢ 加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物理量。 通过测量加速度获取物体的运动状态。例如，惯性导航系统 就是通过飞行器的加速度来测量它的加速度、速度(地速)、 位置、已飞过的距离以及相对于预定到达点的方向等。
➢ 可以通过测量加速度来判断运动机械系统所承受的加速度负 荷的大小，以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控 制其运动加速度，以免机件损坏。
爆震引起的主要危害有:一是噪音,二是振动。振动很可 能使发动损坏，特别是大负荷条件下这种可能性更大。
12
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
第二节 加速度传感器
（1）压缩型
将振动传感器旋在气缸的侧壁上。当发生爆震时，传感器产 生共振，输出尖脉冲给汽车发动机电控单元,进而推迟点火时 刻，尽量使点火时刻接近爆震区而不发生爆震。
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一、设计要求
1、功能与用途
加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2、指标要求
分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。
二、设计方案及其特点
依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：
1、方案一压电式加速度传感器
压电加速度测量系统结构框图如图1
图1
压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。这些压电材料,当沿着一定
方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出电荷(电压)大小 ,从而得出物体的加速度
加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。
方案二 电阻应变式加速度传感器
应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即a=F/m 。
图3中1是等强度梁，自由端安装质量块2，另一端固定在壳体3上。等强度梁上粘贴四个电阻应变敏感元件4 。
测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压， 即可得出加速度a 值的大
图2 压电式加速度计的幅频特性曲线
3
2
1
4
1—等强度梁；2—质量块；3—壳体；
4—电
阻
应变敏感元体
图3 应变式加速度传感器结构
小。
2、方三 电容式加速度
传感器 电容加速度测量系统结构框图如图4所示：
测量振动体相对于大地或惯性空间的运动，通常采用惯性式测振传感器。惯性式测振传感器种类很多，用途广泛。加速度传感器的类型有压阻式、压电式和电容式等多种，其中电容式加速度传感器具有测量精度高，输出稳定，温度漂移小等优点。而电容式加速度传感器实际上是变极距差动电容式位移传感器配接“m -k-c”系统构成的。其测量原理是利用惯性质量块在外加速度的作用下与被检测电极间的空隙发生改变从而引起等效电容的变化来测定加速度的。
三、加速度传感器工作原理
1、压电式加速度传感器
如果在陶瓷片上加一个与极化方向平行的压力F ，陶瓷片将产生压缩形变（图中虚线），片内的正、负束缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。当压力撤消后，陶瓷片恢复原状(这是一个膨胀过程)，片内的正、负电荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。这种由机械效应转变为电效应，或者由机械能转变为电能的现象，就是正压电效应。Y 压电陶瓷力与电荷之间的关系式：F d Q 33 (1) 式中： 33d —— 压电陶瓷的压电系数； F ——作用力。 当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时,压电元件受质量块惯性的作用 ，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数。设质量块作用于压电元件的力为上F ，支座作用于压电元件的力为 下F ，则有
1
C 1
C 2
5
d 1
d 24
3
1—固定电极；
2—绝缘垫；3—质量块；4—弹簧；5—输出端；6—壳体
图 4 电容加速度测量系统结构框
(2)
式中 M 为质量块质量; m 为晶片质量; a 为物体振动加速度。
2、电阻应变式加速度传感器
导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为“应变效应”。导体或半导体的阻值随其机械应变而变化的道理很简单，因为导体或半导体的电阻L
R S
ρ
=（5）与电阻率及其几何尺寸有关，当导体或半导体受到外力作用时，这三者都会发生变化，从而引起电阻的变化。外界作用力与加速度成正比，由此可测得加速度的大小。
当金属丝受拉力作用时ρ,L ,S 相应变化为d ρ,dL ,dS ，因而引起电阻变化为
dR 。对（5）式全微分可得:
(6)
两边同除以R ，把L
R S
ρ=，2dS rdr π=带入的电阻相对变化量为： (7)
由材料力学可知轴向应变和径向应变的关系可表示为:
(8)
综合上式得: (9)
灵敏度 ： (10)
K s 称为金属丝的灵敏系数，表示金属丝产生单位应变时，电阻相对变化的大小。显然，K s 越大，单位应变引起的电阻相对变化越大，故越灵敏。
半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为：
(11) (12)
用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，在外力作用下，被测对象产生微小
机械变形，应变片随着发生相同的变化， 同时应变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR 时，便可得到被测对象的应变值， 根据应力与应变的关系，得到应力值σ为
2d d d d l l R l S S S S
ρρρ
=-+d d d d 2R l r R
l r ρρ=-+
y x εμε=-x d d (12)R R ρμερ
=++s x x
d /d /(12)R R K ρρμεε==++a
)m M (+=下F x d d (12)R R ρ
μερ
=++