压电加速度计的原理_结构及其使用_董高庆
压电加速度原理
多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。
所谓的压电效应就是"对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应"。
一般加速度传感器就是利用它内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。
由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。
当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。
线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A=F/M 我们只需要测量F就可以了。
用电磁力去平衡这个力可以测得外力F。
就可以得到F对应于电流的关系。
只需要用实验去标定这个比例系数就行了。
当然，中间的信号传输、放大、滤波要通过相应的电路来实现了加速度传感器可以帮助机器了解它现在身处的环境。
是在水平，走下坡，还是别的情况。
在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如提电脑的硬盘抗摔保护，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，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。
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得重要因素之一。
也就是传感器在正常工作的时候输入信号R于输出信号C的比值，有成线性的也有非线性的。
例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。
灵敏度自然是越高，但是实际上灵敏度越高测量范围就窄；相反，灵敏度低点就能获得比较宽的测量范围。
所以在产品选择传感器的时候就要从需要出发，一味地使用高精度传感器往往就意味着更高的成本抗疲劳性也是压电加速度传感器的重要因素。
压电加速度计
加速度计加速度计accelerometer 测量加速度的仪表。
加速度测量是工程技术提出的重要课题。
当物体具有很大的加速度时，物体及其所载的仪器设备和其他无相对加速度的物体均受到能产生同样大的加速度的力，即受到动载荷。
欲知动载荷就要测出加速度。
其次，要知道各瞬时飞机、火箭和舰艇所在的空间位置，可通过惯性导航（见陀螺平台惯性导航系统）连续地测出其加速度，然后经过积分运算得到速度分量,再次积分得到一个方向的位置坐标信号,而三个坐标方向的仪器测量结果就综合出运动曲线并给出每瞬时航行器所在的空间位置。
再如某些控制系统中，常需要加速度信号作为产生控整理用所需的信息的一部分，这里也出现连续地测量加速度的问题。
能连续地给出加速度信号的装置称为加速度传感器。
常见加速度计的构件如下：外壳(与被测物体固连)、参考质量、敏感元件、信号输出器等。
加速度计要求有一定量程和精确度、敏感性等，这些要求在某种程度上往往是矛盾的。
以不同原理为依据的加速度计，其量程不同（从几个g到几十万个g），它们对交变加速度频率的敏感性也各不相同。
常见的加速度计所依据的原理有：①参考质量由弹簧与壳体相连（见图），它和壳体的相对位移反映出加速度分量的大小，这个信号通过电位器以电压量输出；②参考质量由弹性细杆与壳体固连，加速度引起的动载荷使杆变形，用应变电阻丝感应变形的大小，其输出量是正比于加速度分量大小的电信号；③参考质量通过压电元件与壳体固连，质量的动载荷对压电元件产生压力，压电元件输出与压力即加速度分量成比例的电信号；④参考质量由弹簧与壳体连接,放在线圈内部,反映加速度分量大小的位移改变线圈的电感，从而输出与加速度成正比的电信号。
此外，尚有伺服类型的加速度计，其中引入一个反馈回路，以提高测量的精度。
为了测出在平面或空间的加速度矢量，需要两个或三个加速度计，各测量一个加速度分量。
角加速度计的原理类似加速度计，它的外盒装在转动物体上，由于角加速度，在参考质量上产生切向动载荷，可输出与切向加速度或角加速度大小成比例的信号。
加速度计构造原理、工作特点及应用的研究
加速度计构造原理、工作特点及应用的研究作者：张泽宇来源：《科技风》2018年第04期摘要：加速度计是测量运载体线加速度的仪表。
本文在拓展了对高中所学动力学知识的基础上，研究了加速度计的构造原理、工作特点以及应用状况，旨在解决利用打点计时器计算加速度过于繁琐的问题，力求能够直接测量加速度，并在实际生活中广泛应用。
关键词：加速度计；构造原理；工作特点；应用；研究在高中物理学习过程中，由于利用打点计时器计算加速度的方法过于繁琐，我希望寻找简洁的方法可以直接测量加速度。
我在查阅资料的基础上，通过拆开并观察多个废旧“加速度计”，研究了加速度计的构造原理、工作特点以及应用状况。
一、加速度计的原理加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。
如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。
加速度计的结构模型如图所示：它采用物体弹簧阻尼器系统来感应加速度。
当加速度计连同物体（该物体的加速度就是待测的加速度）一起做加速运动时，物体就受到惯性力的作用向相反的方向运动。
物体发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制，显然该位移与外界加速度具有一一对应的关系：外界加速度固定时，物体具有确定的位移；外界加速度变化时（只要变化不是很快），物体的位移也发生相应的变化。
另一方面，当物体发生位移时，感应器之间的电容就会发生相应的变化；如果测得感应器输出电压的变化，就等同于测得了物体的位移。
既然物体的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系，那么输出电压与外界加速度也就有了确定的关系，即通过输出电压就能测出加速度的数值。
二、加速度计的工作特点加速度计的种类较多，在学习过程中，我主要对以下几种加速度计进行了比较研究：（一）隧道电流式隧道电流式加速度计的工作原理是利用电子势垒隧道效应，把物体运动的加速度转换为物体的相对位移，再通过隧道效应将位移量转换为隧道电流的变化量，然后用检测电路测出电流变化量从而测得物体运动的加速度大小。
压电加速度计
微电子技术的发展，已提供了体积很小、能装 在压电式加速度传感器壳内的集成放大器，由它 来完成阻抗变换的功能。这类内装集成放大器的 加速度传感器可使用长电缆而无衰减，并可直接 与大多数通用的输出仪器链接。
加速度传感器的安装方法
某种典型的加速度计采用上述各种固定方法的 共振频率分别约为：钢螺栓固定法31kHz，云母 垫片28kHz，涂簿蜡层29kHz，手持法2kHz，永 久磁铁固定法7kHz
压电加速度传感器的前置放大器
质量块 压电 元件 输出 引线
支座
压电加速度传感器原理图
压电加速度传感器的灵敏度
压电加速度计属发电型传感器，可把它看成电压源或电荷源，故灵敏度有电 压灵敏度和 电荷灵敏度两种表示方法。前者是加速度计输出电压（mV）与所承 受加速度之比；后者是加速度计输出电荷与所承受加速度之比。 加速度单位为 m/s2，但在振动测量中往往用标准重力加速度g作单位，1g= 9.80665m/s2。这 是一种已为大家所接受的表示方式，几乎所有 测振仪器都用g作为加速度单位并 在仪器的板面上和说明书中标出。 对给定的压电材料而言，灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。 一般来说，加速度计尺寸越大 ，其固有频率越低。因此选用加速度计时应当权 衡灵敏度和结构尺寸、附加质量的影响和频率响应特性之间的利弊。
加速度计的原理与使用方法
加速度计的原理与使用方法加速度计是一种测量物体加速度的仪器，它在许多领域如航空航天、汽车工程和运动医学等中被广泛应用。
本文将介绍加速度计的原理及使用方法。
一、加速度计的原理加速度计的原理基于牛顿第二定律，即物体的加速度与作用在其上的力成正比。
根据这一原理，加速度计通过测量物体上的力来确定其加速度。
1. 力感应式加速度计力感应式加速度计利用质量对物体的拉力或压力进行测量。
其中一种常见的类型是压电加速度计。
压电加速度计由压电晶体制成，当晶体受力时，会产生电荷。
通过测量晶体上的电荷变化，可以确定施加在物体上的力以及加速度。
2. 运动感应式加速度计运动感应式加速度计则是基于惯性原理。
它包含一个基准质量，通过测量质量相对于基准质量的位置变化来计算加速度。
当物体加速时，质量相对于基准质量会发生位移，该位移可以通过传感器测量出来。
二、加速度计的使用方法加速度计有许多不同的用途，下面简要介绍几种常见的使用方法。
1. 汽车工程在汽车工程中，加速度计被用于测量车辆的加速度、制动效果和行驶状态等。
通过安装加速度计，可以收集与车辆行驶相关的数据，如速度变化、转向行为和许多其他动态信息。
这些数据不仅可用于优化车辆性能，还可用于事故分析和安全评估。
2. 运动医学加速度计在运动医学中也有重要应用。
通过固定加速度计在运动员的身体上，可以测量运动员在训练或比赛中的加速度和冲击力。
这些数据可以帮助医生和教练评估运动员的身体状况和运动技术，并制定相应的康复计划或训练方案。
3. 航空航天在航空航天领域，加速度计是控制飞行器姿态和导航的重要工具。
通过测量加速度和方向，加速度计能够提供精确的导航和飞行控制信息。
它在航天器发射、姿态控制和着陆等过程中起到关键作用。
4. 虚拟现实和游戏控制加速度计也广泛应用于虚拟现实设备和游戏控制器中。
通过将加速度计集成到设备中，用户可以通过身体的动作来控制虚拟现实场景或游戏角色的移动。
这种交互方式使用户体验更加沉浸和自然。
压电式加速度计的工作原理
压电式加速度计的工作原理压电式加速度计是一种常见的加速度测量设备，它基于压电效应利用压电材料的特性来实现测量加速度的目的。
压电材料是一种具有压电效应的晶体材料，能够将机械应力转化为电荷或电势差。
下面将从基本原理、工作原理和应用领域三个方面详细介绍压电式加速度计的工作原理。
1.基本原理压电效应是指在一些晶体材料中，施加压力或机械挤压会导致晶体内部产生正负电荷分离的现象。
这种分离的电荷可以通过外部的电路连接来测量，由此可以得到施加在晶体上的压力或机械应力的大小。
压电效应主要存在于具有特定晶体结构的压电材料中，如压电陶瓷，其中最常见的是PZT（铅锆钛）材料。
压电材料的晶体结构使得在施加压力时，其中的正、负离子会发生形变并分离，形成电荷。
这种电荷的大小与施加的压力成正比，可以通过外部电路连接到测量设备中进行读取和分析。
2.工作原理当加速度计受到加速度作用时，质量会产生相应的惯性力，压电陶瓷片将因此受到应力，而产生压电效应。
在质量的一动，另一个静止的陶瓷片将会感受到压力的变化，并产生相应的电信号。
这个电信号可以被读取和分析，并转化为加速度的数值。
由于压电材料的压电效应是线性的，所以电信号的幅度与施加的加速度成正比。
3.应用领域-汽车工业：用于测量车辆在运动中的加速度、减速度和振动情况，以改善车辆的稳定性和舒适性。
-工程监测：用于测量建筑物、桥梁、隧道等工程结构在风、震动或其他外力作用下的振动情况，以评估结构的安全性。
-航空航天研究：用于测量飞行器在起飞、飞行和降落过程中的加速度、振动情况，为研究和改进飞行器设计提供参考数据。
-体育科学：用于测量运动员的加速度、速度和姿势，以帮助改进训练方法和运动技术。
-军事应用：用于军事装备的性能测试和武器系统的精确度评估，以及士兵在战斗中的生理状态监测。
总之，压电式加速度计通过利用压电材料的特性，将机械应力转化为电信号来测量加速度。
它在各个领域中都有广泛的应用，对于研究和改进工程结构、运动技术以及改善产品性能等方面都起到了重要的作用。
压电加速度计
壓電材料的極化
儘管壓電材料隨著不同的應力值變化，會有正、負 電荷密度的變化。但是如果沒在壓電材料上、下兩 端，鍍上電極，則絕對無法將電荷變化訊號，顯示 出來。所以在壓電材料上、下兩端，要有電荷的累 積，才能產生電壓輸出。利用此性質就可以作為加 速度感測器。 PS:壓電材料範例:石英、鋯酸鈦鉛陶瓷、鋯酸鈦鉛 膠合體、氧化鋅等等 …
2.尋跡控制系統 (TCS):由電腦控制引擎的動力輸 出，根據感應器傳來的各種資料，包括轉向角度、 內外輪速度差等…整合計算出引擎動力要 限制多少來達到防止失控的，由此了解 了一些壓電式加速度計的應用與優點，像是汽車的 許多安全系統像安全氣囊、TCS和ABS等等…都是 壓電式加速度計的範例。 加速度計除了壓電式的以外還有許多不同的類型， 所以使用的環境和成本是否合乎設計者的需求 ， 這就成為最重要的一點了。
壓電加速度計之應用
壓電式加速度計在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑 的振動和衝擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別 是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。 PS:宇航=航太 :指與研究和探索外太空有關的領 域，利用太空科技來以太空飛行器來進入外太空。
應用範例
1.防鎖死煞車系統(ABS):原理是經由電子迴路控制 煞車液壓系統，當鎖死將發生時，自動調整煞車 壓力，頻率高達每秒25次，並傳到感應器，所以 ABS作用時煞車踏板會有上下彈跳的感覺。
壓電式加速度計
指導老師 林儒禮 99715004 林俊廷 99715027 朱恩德 (上圖為美國MEAS所製作的壓電加速度計)
什麼是加速度計?
加速度計是一種量測加速度的裝置，大多數的加速 度計都以間接的方式工作。它們有一個已知的質 量，稱為震動質量，與待測物作彈性結合，當待測 物體帶震動質量作加速度運動時，加速度規可用以 測量出作用於震動質量的慣性力，所測得的力再利 用牛頓第二定律而得出加速度值。 PS:牛頓第二運動定律:物體受外力作用時，其每單 位時間內動量之變化量與所有作用力之和成正 比。
压电式加速度传感器
压电式加速度传感器）压电式加速度计的结构和安装（1它是利用某些压电式加速度传感器又称压电加速度计。
它也属于惯性式传感器。
质量块加在压电元件上的力也物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，则力的变化与被测加随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，速度成正比。
故而且传感器本身有很大内阻，由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，通常把传感器信号先输到为此，输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。
检测电路方可用于一般的放大、高输入阻抗的前置放大器。
经过阻抗变换以后，目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与仪表或记录器。
将信号输给指示前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。
常用的压电式加速度计的结S13.18所示。
构形式如图是基座，是质块，B是弹簧，MP是压电元件，R是夹持环。
图13.18a是中央安装压缩型，压电元件—质量块—弹(a)中心安装压缩型(b)环形剪切型(c) 三角剪切型簧系统装在圆形中心支柱压电式加速度计13.18 图上，支柱与基座连接。
这种有变形则将B与测试对象连接时，如果基座B结构有高的共振频率。
然而基座并使预测试对象和环境温度变化将影响压电元件，直接影响拾振器输出。
此外，压电元件由夹持环为三角剪切形，13.18c紧力发生变化，易引起温度漂移。
图受切应力。
加速度计感受轴向振动时，将其夹牢在三角形中心柱上。
压电元件承有较高的共振频率和良好的这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速线性。
图13.18b 由于粘结剂会随温度环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。
度计，软，因此最高工作温度受到限制。
增高而变．加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的。
13.19）共振频率图（图的一般小阻尼(z<=0.1)加速度计，上限频率若压电式加速度计的幅频特性曲13.19 ，便可为共振频率的 1/3，则可保证幅值误差1/5（即12%）；若取为共振频率的保证幅值误差低于1dB0。
压电式加速度计原理
压电式加速度计原理说起压电式加速度计的原理，我有一些心得想分享呢。
大家有没有注意到啊，在生活中有些东西挺神奇的，就像打火机里面那个压电陶瓷打火器一样。
你轻轻一按，就能产生电火花，这其实和压电式加速度计有那么点类似的地方呢。
压电式加速度计它有一个很重要的部件就是压电元件，这东西的特性就像是一个特别有灵感的小助手哦。
压电效应简单来说就是当你给某些晶体施加压力的时候，它会在晶体的表面产生电荷，反过来呢，如果施加电场，晶体就会发生形变。
这个压电元件就在加速度计里当“小电官”呢。
打个比方吧，它就像是一个精致的小盒子里的弹簧，不过这个“弹簧”会根据压力变成电信号。
当加速度计受到加速度作用的时候，质量块会因为惯性而对压电元件施加一个力，就跟你坐汽车突然启动，人会向后仰压在靠背上一样。
这个力就使得压电元件产生了电荷。
加速度越大呢，这个力就越大，产生的电荷就越多。
这样就把加速度的大小变成了电信号的大小。
有意思的是，从这里就能引出一些相关的理论知识了。
根据牛顿第二定律F = ma（这个大家应该都比较耳熟能详吧，F是力，m是质量，a 是加速度），在加速度计里这个质量块的质量m 是固定的，那感受到的加速度a和它受到的力F就是成比例关系的，所以就能通过测量力产生的电信号来知道加速度了。
实际应用案例可不少呢。
在汽车制造的安全性测试中，把压电式加速度计安装到汽车关键部位，比如车头、车尾或者车架上，就能测量出汽车碰撞或者紧急刹车时的瞬间加速度，工程师就可以根据这些数据来判断汽车的安全性能，看车身结构能否承受这样的冲击力，分析安全气囊等安全设备应该在多大加速度下触发等等。
不过老实说，我一开始也不明白这个电极布局啥的怎么就可以准确捕捉到这个电荷的产生和传导呢？后来查了不少资料才知道，为了能更好的收集和传导电荷，特殊的电极布局和绝缘材料是很有讲究的。
这就好比电路是一条条马路，电荷是马路上的汽车，电极和绝缘材料做得不好，就像马路坑坑洼洼或者交通指示不明，汽车（电荷）就会乱走。
为加速度计的原理与应用
为加速度计的原理与应用1. 什么是加速度计？加速度计是一种电子设备，用于测量物体的加速度。
它可以检测物体在三个轴向上的加速度，并通过相关的算法将加速度数据转化为可用的信息。
加速度计广泛应用于各个领域，包括汽车、航空航天、移动设备以及虚拟现实等。
2. 加速度计的原理加速度计的工作原理基于牛顿第二定律，即力等于物体质量乘以加速度。
加速度计通过测量物体受到的作用力来计算加速度。
下面介绍两种常用的加速度计原理。
2.1 电容式加速度计电容式加速度计利用两个电极之间的电容变化来测量加速度。
当物体受到加速度时，其中一个电极会移动，导致电容的改变。
通过测量电容的变化，可以计算加速度的大小。
2.2 悬臂梁式加速度计悬臂梁式加速度计基于悬挂在支架上的悬臂梁的运动。
当物体受到加速度时，悬臂梁会发生变形，通过测量变形量可以得到加速度的数值。
3. 加速度计的应用加速度计在许多领域有着广泛的应用。
以下列举几个常见的应用场景。
3.1 汽车领域在汽车行业中，加速度计被用于车辆稳定性控制系统。
通过检测车辆的加速度，系统可以实时调整制动力和油门来使汽车保持稳定。
3.2 航空航天领域在航空航天领域，加速度计被广泛用于导航和飞行控制系统。
它们可用于飞机、火箭等载具中，监测加速度并提供导航和控制指令。
3.3 移动设备加速度计是智能手机和平板电脑等移动设备的常见组件之一。
它们可以为设备提供定向操作，例如横向或纵向屏幕旋转。
3.4 虚拟现实在虚拟现实技术中，加速度计被用于追踪用户的头部和手部动作，以实现更真实的虚拟体验。
3.5 运动检测在运动追踪和健康监测领域，加速度计可用于收集运动和活动数据，例如步数、卡路里消耗和睡眠监测等。
4. 总结加速度计是一种重要的电子设备，可以用于测量物体的加速度。
它的原理基于牛顿第二定律，通过测量作用力或物体变形来计算加速度。
加速度计在许多领域都有广泛的应用，包括汽车、航空航天、移动设备和虚拟现实等。
它们为各个行业提供了精确和实时的加速度数据，支持许多创新和应用的发展。
加速度计原理课件
02
理
牛顿第二定律与加速度计
牛顿第二定律
物体加速度的大小与作用力成正比，与物体的质量成反比。在加速度计中，这个 原理用于测量加速度。
加速度计中的力平衡系统
通过测量施加在已知质量的物体上的力，可以计算出加速度。力平衡系统通常由 弹簧和阻尼器组成，用于保持物体的平衡状态。
压电效应与加速度计
压电效应
某些材料在受到压力时会产生电势， 反之在电场作用下会发生形变。压电 效应是加速度计中测量加速度的关键 机制之一。
分辨率
指加速度计能够检测到的最小加速度值。分辨率越高，测量精度越 高。
总结词
分辨重要参数。
详细描述
在振动、冲击等复杂环境中，高分辨率的加速度计能够更好地捕捉 到微小的加速度变化，为分析提供更准确的数据。
线性度
01
线性度
指加速度计的输出与输入之间的线性关系。线性度越高，测量结果越准
校准设备
需要振动台、信号发生器、数据采集与分析系统等。
加速度计的标定方法
标定定义
通过一系列已知的标准输 入，测量加速度计的输出 值，以建立输入与输出之 间的数学模型。
标定步骤
对加速度计进行一系列标 准输入，记录其输出值， 并利用数学模型进行拟合 和调整。
标定设备
需要已知的标准输入设备、 数据采集与分析系统等。
量程
指加速度计能够测量的最大加速 度值。量程的选择取决于应用需 求，如振动监测、冲击测量等。
总结词
量程是加速度计的重要参数，决 定了其能够测量的动态范围。
详细描述
在选择加速度计时，需要根据实 际应用需求考虑所需的量程大小。 过大的量程可能导致测量不准确，
过小则可能无法覆盖实际加速度 变化范围。
压电加速度计使用方法
压电加速度计使用方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊压电加速度计的使用方法。
这玩意儿啊，就像是一个超级敏感的小侦探，能捕捉到各种细微的振动信息呢！你看啊，这压电加速度计就好比是你耳朵，能听到那些你平时注意不到的微小动静。
在使用它的时候，可得小心呵护着点。
首先呢，要给它找个合适的位置安装，就像给小宝贝找个舒服的小窝一样。
位置不对，那它可就发挥不出最佳效果啦！安装好了之后，可别以为就万事大吉了哦！还得给它连上合适的信号线，这就像是给它牵上了能传递消息的线一样。
要是线没接好，那它知道了啥秘密也传不出来呀，那不就白瞎啦！然后呢，要根据实际情况调整它的参数。
这就跟咱人穿衣服一样，得合身才行。
不同的环境、不同的测量对象，那参数能一样吗？当然不能啦！在使用过程中，你得时刻关注着它。
它要是有点小脾气，比如数据不太对劲，你就得赶紧找找原因。
是位置不对啦，还是参数设置出问题啦？这时候可不能马虎，得像侦探一样仔细排查。
还有啊，别把它放在太恶劣的环境里。
它可不是铁打的，也会“生病”的呀！太热啦、太冷啦、太潮湿啦，这些可都可能让它不舒服，不好好工作哦！哎呀，你说这压电加速度计是不是挺有意思的？它虽然小小的，但是作用可大着呢！你要是能好好用它，它就能给你带来很多有用的信息。
咱再想想，要是没有它，好多地方都没法准确测量振动呢！比如那些大型机器设备，要是不知道它们振动的情况，万一出点啥问题，那可不得了。
所以说啊，这压电加速度计就像是一个默默无闻的小英雄，在背后为我们的安全和工作默默奉献呢！总之呢，使用压电加速度计要细心、耐心，要像对待好朋友一样对待它。
只有这样，它才能发挥出最大的作用，给我们带来准确可靠的测量结果。
怎么样，是不是觉得挺有意思的？赶紧去试试吧！。
实验三十七 压电加速度式传感器
实验三十七压电加速度式传感器
一、实验目的
了解压电加速度计的结构、原理和应用。
二、实验原理
压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。
压电传感元件是力敏感元件，在压力、应力、加速度等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。
三、实验所需部件
压电式传感器、电荷放大器（电压放大器）、低频振荡器、激振器、电压/频率表、示波器。
图（20）
四、实验步骤
1．观察了解压电式加速度传感器的结构：由PZT 双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引出电极组装于塑料外壳中。
2．按图（20）接线，低频振荡器输出接“激振II ”端，开启电源，调节振动频率与振幅，用示波器观察低通滤波器输出波形。
3．当悬臂梁处于谐振状态时振幅最大，此时示波器所观察到的波形V P -P 也最大，由此可以得出结论：压电加速度传感器是一种对外力作用变化敏感的传感器。
五、注意事项
做此实验时，悬臂梁振动频率不能过低（1~3H Z），否则电荷放大器将无输出。
压电式加速度传感器及其应用课件
新材料与新技术的应用
新材料研发
随着科技的进步，新型材料如碳 纳米管、石墨烯等被应用于压电 材料的制备，以提高传感器的灵 敏度和稳定性。
新加工技术
微纳米加工技术的进步使得传感 器尺寸微型化，提高了其响应速 度和测量精度。
提高测量范围与分辨率
测量范围拓展
通过改进结构设计，优化材料性能， 提高压电式加速度传感器的测量范围， 使其能够应对更广泛的加速度波动。
压电式加速度传感器特性
01
长期稳定性、耐腐蚀、抗疲劳，适用于桥梁健康监测。
应用原理
02
在桥梁的关键部位安装压电式加速度传感器，实时监测桥梁的
振动和变形情况，评估桥梁的健康状况。
优势与效果
03
能够及时发现桥梁的结构损伤和异常振动，为桥梁的维护和加
固提供科学依据。
地震监测
压电式加速度传感器特性
高灵敏度、宽动态范围、可靠性高，适用于地震监测。
分辨率提升
采用信号放大、噪声抑制等手段，提 高传感器的分辨率，使其能够检测到 更小的加速度变化。
温度补偿与交叉灵敏度抑制
温度补偿技术
为消除温度对传感器性能的影响，采 用温度补偿技术，如热敏电阻、温度 传感器等，实时监测并修正温度变化 对测量结果的影响。
交叉灵敏度抑制
通过改进传感器结构和材料组合，降 低交叉灵敏度，提高传感器在多轴方 向上的测量精度。
03 压电式加速度传 感器的应用
在振动测量中的应用
压电式加速度传感器由于其高灵敏度、低噪声、抗干扰能力强等特点，在振动测量 领域中得到了广泛应用。
在振动测量中，压电式加速度传感器通常被用来测量结构的振动速度、位移和加速 度等参数，以评估结构的动态特性和稳定性。
压电式加速度传感器
压电式加速度传感器（1）压电式加速度计的结构和安装压电式加速度传感器又称压电加速度计。
它也属于惯性式传感器。
它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。
为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。
经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示 仪表或记录器。
目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。
常用的压电式加速度计的结构形式如图所示。
S 是弹簧，M 是质块，B 是基座，P 是压电元件R 是夹持环。
图1a 是中央安 装压缩型，压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。
这种结构有高的共振频率。
然而基座B 与测试对 象连接时，如果基座B 有变形则将直接影响拾振器输出。
此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化， 易引起温度漂移。
图1c 为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。
加速度计感受轴向振动时，压电元件承 受切应力。
这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。
图1b 为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。
由于粘结剂会随温度增高而变 软，因此最高工作温度受到限制。
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（图2）。
一般小阻尼(z<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅(a)中心安装压缩型 (b)环形剪切型 (c) 三角剪切型图1 压电式加速度计图2 压电式加速度计的幅频特性曲线值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误差小于0.5dB（即6%），相移小于30。
加速度计的工作原理及加速度的计算
智能化技术：通过集成传感器和微 处理器，实现加速度计的智能化， 提高其测量精度和响应速度。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
微型化技术：通过微纳米加工技术， 将加速度计尺寸缩小，使其能够用 于更广泛的应用领域。
多轴向集成：将多个单轴加速度计 集成在一个芯片上，实现多轴向同 时测量，提高测量范围和精度。
压电材料
压电效应：材料 在受到外部压力 时会产生电压， 反之亦然
应用：加速度计 通过测量压电材 料的变形来计算 加速度
优点：高灵敏度、 高精度、稳定性 好
常见材料：石英、 钛酸钡等
压电元件的振动
压电元件是加速度 计的核心部分，能 够将加速度转换为 电信号。
当加速度计受到振 动时，压电元件会 产生相应的电压变 化，从而检测加速 度的大小和方向。
添加标题
单位：加速度的单位是米/秒^2（m/s^2），也常用厘米/秒^2 （cm/s^2）。
添加标题
注意事项：在计算加速度时需要注意单位的统一，同时要理解加速度的 物理意义和计算方法。
添加标题
应用：加速度计广泛应用于导航、运动分析、车辆控制等领域，通过测 量加速度可以推算出物体的运动状态和位置信息。
压电元件的振动与 加速度计的灵敏度 和精度密切相关， 是影响加速度计性 能的关键因素之一 。
为了保证加速度计 的稳定性和可靠性 ，需要对压电元件 的振动进行有效的 控制和监测。
加速度计的测量原理
测量原理：基于牛顿第二定律，通过测量质量块受到的力来计算加速度
结构：主要由质量块、阻尼器和弹簧组成
工作方式：质量块受到外力作用时，会产生加速度，阻尼器将质量块的运 动速度限制在一定范围内，弹簧则提供反作用力 输出信号：加速度计输出的信号是电信号，可以通过电路处理后进行显示 或传输。