电容式加速度传感器
电容式加速度传感器
加速度测量系统机自111班孙文龙201100314128摘要现代科学技术日新月异，特别是电子测量技术的发展使加速度测量得到迅速发展。
目前各种领域中的加速度测量几乎都是电气式的。
其特点是动态范围宽、科员距离测量、易于微机相结合进行参数分析、数据处理、趋势分析及实现故障监测与控制。
尤其在瞬态、冲击和随机振动等复杂参数的测量中电子加速度计几乎是为唯一的测量手段。
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。
本次实验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。
电容式加速度传感器的特点及其背景传感器是一种应用非常广泛的设备，在各种自动控制过程中，它能迅速客观地反映出实际情况。
电容式传感器有很多，但原理相同。
平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比跟正对面积成反比根极板间的距离d成反比有：C=εS/4πkd式中k为静电力常量。
通过改变介质，极板距离，极板正对面积，这三个参数之一使传感器的电容发生变化，再通过电荷放大器，将电容变化或电量变化转换成容易用电路处理电压或电流量。
这就是电容式传感器的特点，通过上面的原理可以做成很多传感器，比如测长度的，测角度，测空气粉尘，空气湿度，还有声音，振动等，精度很高，比如测振动的精度可以达到零点零几个微米。
电容式加速度传感器课程设计1003030304要点
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)2.6传感器工作原理及数据计算 (16)2.7微机械加工工艺 (17)第三章测控电路 (18)3.1转换电路 (18)3.2正弦波产生电路 (19)3.3仪用放大器 (20)3.4相敏检波电路 (21)3.5滤波电路 (22)第四章技术指标 (23)4.1壳体固定要求 (23)4.2滑块与壳体接触面的光滑度要求 (23)4.3测控电路的要求 (23)第五章传感器适用范围 (23)5.1影响适用范围的因素 (23)5.2加设重力加速度传感器 (23)第六章总结与展望 (24)6.1数据关系 (24)6.2与书本上面的测加速度传感器对比 (24)第七章总结与展望 (24)7.1总结 (24)7.2展望 (24)参考文献 (25)附录1 (26)附录2 (27)附录3 (28)第一章绪论1.1 课题研究的相关背景传感器是一种应用非常广泛的设备，在各种自动控制过程中，它能迅速客观地反映出实际情况。
电容式加速度传感器的工作原理
电容式加速度传感器的工作原理1. 电容式加速度传感器简介说到电容式加速度传感器，咱们先从头说起。
这玩意儿可不简单，它其实是个测量加速度的神器，能帮助我们搞清楚物体在加速过程中的表现。
加速度呢，就是物体速度变化的快慢程度。
比如说你在坐车，车子一加速，你的身体就会有种被推向后面的感觉，这就是加速度在作怪。
电容式加速度传感器的工作原理就像是一个超聪明的“小侦探”，专门负责侦测这种加速度的变化，告诉我们车子到底是加速了还是减速了。
2. 工作原理2.1 电容器的基本概念先来聊聊什么是电容器吧。
你可以把电容器想象成一个小小的储能罐，专门用来存储电荷。
它有两个平行的电极，电荷就存储在这两个电极之间。
当这两个电极之间的距离发生变化，电容器的储能能力也会跟着变化。
这样一来，电容器的电容值就变了。
这就是电容器的基本原理。
2.2 电容式加速度传感器的工作方式好了，咱们回到电容式加速度传感器。
它是如何利用电容器的原理来检测加速度的呢？其实挺有趣的。
想象一下，在传感器的内部，有一个可以移动的电极和一个固定的电极。
当加速度发生时，这个可移动的电极会受到一个力的影响，从而移动。
这样一来，两个电极之间的距离就发生了变化。
这种距离的变化直接导致电容器的电容值发生变化。
而电容值的变化就被传感器的电子系统检测到，并且被转换成相应的电信号。
这个信号的强弱，就反映了加速度的大小。
就像你在打游戏的时候，游戏里的角色受到的加速度会影响它的动作一样，这些加速度传感器也能准确地告诉我们，现实世界里的物体正在经历什么样的加速度。
3. 应用实例3.1 在汽车中的应用说到电容式加速度传感器的应用，那真是无处不在。
举个例子，汽车里的电容式加速度传感器可谓是“身经百战”。
它们不仅能帮助车载系统检测车速和加速情况，还能在汽车发生碰撞时，迅速启用安全气囊，保障乘客的安全。
就像我们在开车的时候，突然踩油门或者刹车，车子会感觉到加速或减速，传感器就能精确地感知这些变化，帮我们确保行车安全。
电容式加速度传感器工作原理
电容式加速度传感器工作原理
电容式加速度传感器是通过测量电容的变化来测量加速度的。
其工作原理基于牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。
传感器通常由一个移动的质量块和一个固定的静电容器组成。
当传感器受到加速度时，质量块会移动，并压缩或拉伸静电容器。
这个过程会改变电容器之间的电荷分布，进而改变电容的值。
通过测量电容的变化，可以推断出施加在传感器上的加速度的大小。
具体地，传感器内部的静电容器通常由两个电极构成，之间填充着介质（通常是气体或液体）。
一个电极固定在传感器壳体上，而另一个电极固定在质量块上。
当加速度施加在传感器上时，质量块会受到力的作用而移动，压缩或拉伸介质。
这会改变电容器之间的距离，进而改变电容的值。
电容式加速度传感器通常将电容变化转换为电压信号，通过电路放大和处理后输出。
最终，这个电压信号可用于测量和记录加速度的值。
需要注意的是，电容式加速度传感器对于静态电场的干扰较为敏感，因此在实际应用中可能需要采取一些措施来抵消或降低这种干扰的影响。
电容式传感器的测量电路电桥电路
2020/3/15
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介质变化型电容传感器结构
1.位移型
2020/3/15
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介质变化型电容传感器结构
2.液位型
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结论
传感器的灵敏度为常数，电容C理论上与 液面h成线性关系，只要测出传感器电容 C的大小，就可得到液位h。
2.二极管双T形交流电桥
二极管双T形交流电桥电路原理如图4-12所示。图中，C1 、C2为差动电容式传感器的电容，RL为负载电阻，VD1、 VD2为理想二极管，R1、R2为固定电阻；e为高频电源， 它提供幅值为Ue的对称方波。
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4.2电容式传感器的测量电路
3.运算放大器式测量电路
运算放大器的特点就是放大倍数A很大，输入阻抗也很大。理想的运算放 大器的放大倍数和输入阻抗都是无穷大。利用运算放大器的这些特点就可 作为电容式传感器的测量电路，来解决单个变极距式电容器传感器的非线 性问题。运算放大器式测量电路如图所示。图中，C为总的输入电容，Cx 是电容传感器。
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引言
电容式传感器是将被测非电量的变化转 化为电容变化量的一种传感器。
结构简单、分辨力高、可非接触测量， 并能在高温、辐射和强烈震动等恶劣条 件下工作 。
很有发展前途的传感器 。
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1
4.1电容式传感器工作原理
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板 电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为
电容栅式传感器可采用调幅或调相式测量电 路，以得到调幅或调相信号。
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传感器技术与应用第9章加速度传感器
F ma
图9-1 应变式加速度传感器结构示意图
9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理
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，质量块就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 电阻应变片感受到，并随之产生应变，从而使应变片的阻值 发生变化。这个变化经过全桥差动测量电路转变成电桥不平 衡电压输出。并且这个不平衡电压Uo的大小与被测物体的运 动加速度a成正比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图9-2 压电式加速度传感器结构示意图
9.2.2压电式加速度传感器的测量原理
测量时，把压电加速度传感器与被测物体刚性连接，当加 速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚 度很大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性 很小。因此，质量块感受与传感器基座相同的振动。这样， 质量块m就有一惯性力F作用到压电元件上。由于压电效应， 便在压电元件上产生电荷q，其电荷量大小为
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
电容式加速度传感器
应
用 电 子
倾斜度侦测电子罗盘，倾斜仪，文本滚动浏览/用 户界面，图像旋转，LCD投影等。
技
术
专
业
教
学
资
源
建
设
湖南铁道职业技术
4-1 倾斜度侦测
应 用 电
加速传感器在静止时，可用来检测倾斜角，倾斜角在 90 ~+90 之间变化时，加速传感器输出会在 1.0g~+1.0g之间变化。输出电压对应倾斜角的公式如 下示：
技
术
专
业
教
学
资
源
建
设
湖南铁道职业技术
3-2 z轴向g测量
应 当中间的极板因
用 电
为加速度的影响
子 而改变与上下极
技 板的间隔，则将
术 产生电容值的改
专 变。因此，可借
业 教
此特性计算出此
学 加速度的大小。
资 有弹簧装置，用
源 来缓冲可移动电
建 极板的移动。 设
湖南铁道职业技术
3-2 z轴向g测量
应 用 电 子 技 术 专 业 教 学 资 源 建 设
湖南铁道职业技术
4、加速度传感器的六种感应功能
应
用 加速传感器的感应功能 电 子 1）倾斜度侦测
技 2）运动检测
术 专
3）定位侦测
业 4）震动侦测
教 5）振动侦测 学 资 6）自由落下侦测
源
建
设
湖南铁道职业技术
4-1 倾斜度侦测
术
专
业
教
学
资
源
建
设
湖南铁道职业技术
3-1 x轴向g测量
应 用 电 子 技
加速度传感器一、定义
加速度传感器一、定义加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。
通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。
传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。
根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。
二、分类1、压电式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。
压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或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。
2、压阻式基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
3、电容式电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。
电容式加速度传感器/电容式加速度计是比较通用的加速度传感器在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。
电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统（MEMS）工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。
4、伺服式伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。
其工作原理：传感器的振动系统由“m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。
由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。
PS：微机电系统微机电系统（MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。
梳齿式电容加速度传感器的原理和性能分析
梳齿式电容加速度传感器的原理和性能分析微加速度传感器也称微加速度计,是用来测量微加速度的惯性传感器件,是微型惯性组合测量系统的核心器件。
可以应用于倾斜角、惯性力、冲击及振动等惯性参数的测量。
最先得到成功应用微机械电容式加速度传感器是将被测的非电量变化转换为电容量变化的一类传感器,由于它具有灵敏度高、功耗低、温度稳定性好等优点,因此广泛应用在在汽车、消费电子、航空航天、军事、工业、医疗、惯性制导等领域。
1 模型及其工作原理定齿偏置梳齿式电容加速度传感器是微机械电容式加速度传感器的最优结构,如图1 所示,敏感质量元件是一个H 形的双侧梳齿结构,敏感质量的2 n s 对检测动齿和2 n f 对加力动齿与定齿相互交错配置总体形成1 对差动检测电容C s1与C s2和1 对差动加力电容C f1与C f2..依据动力学原理,其经典力学模型可等效为如图2 所示的质量2弹簧2阻尼器力学系统。
微机械电容式加速度传感器的基本原理是基于电容变化的原理,加速度的检测是通过检测电容变化量实现的。
在差动检测电容左右两边定齿S1 、S2 分别施加一对幅值相等相位相差180°的幅值为V dir的高频正弦激励信号u s ,将输入加速度a 引起的敏感质量位移x 变为差动电容的容值发生微弱变化,输出电压u c ,通过检测电路将信号放大并解调得到输出电压。
为了形成静电力负反馈,在加力电容C f1 与C f2的固定极板上施加一对正负极性的偏置电压V ref 和- V ref ,把输出电压取样作为负反馈电压V fb叠加其上,因此施加在差动反馈加力电容上的电压分别为和。
依靠加力齿产生的静电力可平衡由于输入加速度而引起的惯性力,使敏感质量保持在平衡位置附近。
图1 梳齿式加速度传感器结构示意图图2 闭环加速度传感器的模型2 性能分析2. 1 静电力分析设A se 、A fe为检测电极与加力电极的极板等效重叠面积。
该结构受力如图3 所示。
加速度传感器
•电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极 是固定的，另一变化电极是弹性膜片。弹性膜片在外力(气压、液压等)作用下发 生位移，使电容量发生变化。这种传感器可以测量气流(或液流)的振动速度(或加 速度)，还可以进一步测出压力。
•Group 3
电容式加速度传感器
•力学模 型
•工艺构 造
•当前大多数的电容式加速度传感器都是由三部分硅晶体圆片构成的，中层是由双 层的SOI硅片制成的活动电容极板。如图一所示， 中间的活动电容极板是由八个 弯曲弹性连接梁所支撑，夹在上下层两块固定的电容极板之间。基本结构选择需 要考虑的条件是：量程、刚性约束条件、弹性约束条件、谐振频率约束。对于梁 的选择一般是选择U形折叠梁，即可保证其一定的刚度又可以节省材料。为实现 过载保护常采用止挡块结构来限制敏感质量块运动的最大位移。常用材料是二氧 化硅
•Group 3
其他类型加速度传感器
•2.谐振式加速度计
•谐振式加速度计，Silicon Oscillating Accelerometer，简称SOA。一根琴弦绷 紧程度不同时弹奏出的声音频率也不同，谐振式加速度计的原理与此相同。若对 梁施加一确定的激振，检测其响应就可测出其固有频率，进而测出加速度。激振 的施加和响应的检测通常都是通过梳齿机构实现的。SOA的特点在于，它是通过 改变二阶系统本身的特性来反映加速度的变化的，这区别与电容式、压电式和光 波导式的加速度计。SOA常见的结构有S结构和双端固定音叉（Double-ended Tuning Fork，DETF）两种。S结构原理图如下图所示，DEFT式就是在质量块的 另一半加上和左边对称的一套机构
有气体的腔体两侧，中间有一个热
源。
电容式加速度传感器课件
在变化的温度和压力下，测试传感器 的输出与动态加速度之间的关系。
05
电容式加速度传感器的实际 应用案例
汽车安全气囊系统
汽车安全气囊系统是一种保护乘员安全的装置，通过在碰撞时迅速充气膨胀，为 乘员提供缓冲保护。电容式加速度传感器在其中扮演着关键角色，用于检测车辆 碰撞时的加速度变化，触发安全气囊的充气动作。
具体而言，电容式加速度传感器能够感知车辆加速或减速的细微变化，并将信号 传输给安全气囊控制单元。控制单元根据接收到的信号判断是否需要触发安全气 囊，并控制气囊的充气速度和压力，以最大程度地减少乘员受到的冲击。
地震监测
在地震监测领域，电容式加速度传感器也被广泛应用。地震 发生时，传感器能够实时监测地面的振动加速度，并将数据 传输给地震监测站进行分析。
控制系统根据这些信息调整无人机的姿态和飞行轨迹，确 保无人机能够稳定、准确地完成各种任务。例如，在航拍 、货物运输和地形测绘等应用中，电容式加速度传感器对 于无人机的稳定飞行和精确控制至关重要。
06
电容式加速度传感器的发展 趋势与挑战
新材料与新工艺的应用
高分子材料
利用高分子材料的柔韧性和可塑 性，制造出更轻巧、更耐用的传
04
电容式加速度传感器的校准 与标定
校准方法
01
02
03
绝对校准
通过与已知准确度的标准 传感器进行比较，确定电 容式加速度传感器的准确 度。
相对校准
通过比较同一批次电容式 加速度传感器的输出，评 估传感器的性能差异。
自校准
利用传感器自身的参考模 式进行校准，通常用于实 时校准或现场校准。
标定设备与环境
温度稳定性
总结词
温度稳定性是指传感器在温度变化下，其性 能参数随温度变化的程度，通常以温度对传 感器输出的影响来衡量。
电容式加速度传感器
可靠性高
电容式加速度传感器采用成熟的电路和工 艺制造，具有较高的可靠性和稳定性，能
够保证长期使用的准确性和稳定性。
动态响应快
由于其内部结构和工作原理，电容式加速 度传感器具有快速的动态响应能力，能够 实时监测和响应加速度变化。
易于集成
电容式加速度传感器通常体积小巧，易于 与其他电路和传感器集成，方便实现多功 能化和微型化。
多轴和阵列传感器
开发多轴和阵列电容式加速度传感器，以满足复杂运动和 姿态测量的需求。
智能化和网络化
结合人工智能、物联网等先进技术，实现电容式加速度传 感器的智能化和网络化，提高数据处理的效率和系统的自 动化水平。
06 应用实例
CHAPTER
汽车安全系统
安全气囊控制
电容式加速度传感器用于监测车 辆碰撞时的加速度变化，触发安 全气囊的充气或释放，以保护乘
温度稳定性
总结词
温度稳定性是指在一定温度范围内，电容式加速度传感器输出电压或电流信号的 变化程度。
详细描述
温度对电容式加速度传感器的性能有很大影响，温度稳定性好的传感器能够在一 定温度范围内保持稳定的输出，从而提高测量的可靠性。
05 优势与挑战
CHAPTER
优势
高灵敏度
电容式加速度传感器具有较高的灵敏 度，能够检测微小的加速度变化。
电容式加速度传感器在现代科技领域的影响
汽车安全与控制
电容式加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊、悬挂系统 、ESP等控制系统中，提高汽车的安全性和操控性能。
无人机与机器人技术
在无人机和机器人领域，电容式加速度传感器用于姿态控 制、导航、避障等功能，提高其自主运动能力和环境适应 性。
智能穿戴设备
电容式加速度传感器
电科1211
孙帅
总览
• 一、电容式加速度传感器的发展历史 • 二、电容式加速度传感器的特点 • 三、电容式加速度传感器的原理 • 四、 常见电容式加速度传感器、参数 • 五、电容式加速度传感器适用范围 • 六、总结
1.电容式加速度传感器的发展历史
• 70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测 量仪表封装在一起的电容式传感器。这种新型的传感器能 使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。 随着科学技术的逐步发展，人们对加速度的测量需求加大 ，电容式加速度传感器具有很多优点因而广泛应用。
5.电容式加速度传感器适用范围
• 除了摩擦影响测量精度，还有就是地球万有引力作用，如 果被测物体不是在水平线上运动，而是斜向上，或者斜向 下。这时候，即使物体是停放在一个斜坡之上，按传感器 的设计，这里也会有加速度显示。显然这是不行的。所以 单单这个传感器，只能适用于水平直线运动。
• 由于重力的影响，使传感器只能适用于水平的运动中。但 是如果加设一个重力在运动线上分量测量的传感器，然后 用之前传感器的测量减去这个分量的线性叠加。这样就可 以避开重力的影响。 特殊情况，如果运动在垂直线上，测量结果减去一个重力 加速度就可以了。
• 电容式加速度传感器与其它类型的加速度传感器相比具有 灵敏度高、零频响应、环境适应性好，尤其是受温度的影 响比较小，具有测量精度高，输出稳定，温度漂移小等优 点。
• 然而，电容式加速度传感器信号的输入与输出为非线性， 量程有限，受电缆的电容影响，以及电容传感器本身是高 阻抗信号源，因此电容传感器的输出信号往往需通过后继 电路给于改善。在实际应用中电容式加速度传感器较多地 用于低频测量，其通用性不如压电式加速度传感器，且成 本也比压电式加速度传感器高得多。
加速度传感器
加速度传感器————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:加速度传感器一、简介加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。
通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。
传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。
根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。
二、分类压电式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。
压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或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。
压阻式基于世界领先的MＥMＳ硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
电容式电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。
电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。
在某些领域无可替代,如安全气囊，手机移动设备等。
电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(ＭEＭS）工艺，在大量生产时变得经济,从而保证了较低的成本。
伺服式伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。
其工作原理，传感器的振动系统由"m-ｋ”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m 上还接着一个电磁线圈,当基座上有加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。
由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力,提高测量精度，扩大了测量范围,伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。
加速度传感器原理
加速度传感器原理加速度传感器是一种用于测量物体加速度的设备，常用于运动控制、自动导航、动态平衡等领域。
本文将介绍加速度传感器的工作原理和常见类型。
一、工作原理加速度传感器利用物体在加速度作用下产生的惯性力来测量加速度。
其基本原理是根据牛顿第二定律，物体的加速度与施加在其上的力成正比，且与物体的质量成反比。
因此，加速度传感器通过测量物体所受到的惯性力来间接测量物体的加速度。
二、常见类型1. 电容式加速度传感器电容式加速度传感器是最常见的一种类型。
其工作原理基于平行板电容的变化。
当传感器受到加速度作用时，加速度传感器内部的微小质量块会发生位移，从而改变两个平行电极之间的电容值。
通过测量电容变化，可以得到加速度的信息。
2. 压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器是利用压阻效应来测量加速度的。
它的工作原理是在传感器内部放置一块压阻式材料，当受到加速度作用时，压阻材料产生变形，从而改变电阻值。
通过测量电阻的变化，可以得到加速度的信息。
3. 压电式加速度传感器压电式加速度传感器是利用压电效应来测量加速度的。
它的工作原理是在传感器内部放置一块压电晶体，当受到加速度作用时，晶体会产生电荷，从而产生电压差。
通过测量电压差的变化，可以得到加速度的信息。
三、应用领域加速度传感器广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 运动控制加速度传感器可用于运动控制领域，通过监测加速度的变化来实现精确的位置控制和运动控制。
2. 自动导航加速度传感器在自动导航系统中起着重要作用。
利用加速度传感器可以确定物体的位置、速度和方向，并配合其他传感器实现自动导航。
3. 动态平衡加速度传感器可用于动态平衡系统中，通过监测物体的加速度变化来调整平衡控制，从而实现动态平衡。
四、总结加速度传感器是一种用于测量物体加速度的重要设备，其工作原理基于物体的惯性力。
常见的加速度传感器类型包括电容式、压阻式和压电式传感器。
该传感器广泛应用于运动控制、自动导航、动态平衡等领域，为相关系统的运行和控制提供了重要的数据支持。
电容式加速度传感器原理
电容式加速度传感器原理
电容式加速度传感器利用电容的原理来测量加速度。
其基本原理是通过在传感器内部放置一组并联的电容器来实现。
这组电容器通常由两个平行板组成，平行板之间的距离可以随加速度的变化而变化。
当传感器受到加速度作用时，由于质量的惯性作用，电容器中间的两个平行板会相对移动。
这个运动会导致平行板之间的距离发生变化，从而导致电容值发生变化。
变化后的电容值可以通过连接到电容式传感器的电路来测量。
传感器电路中通常有一个稳定的参考电容，它与传感器电容组成一个容抗式电路。
通过测量这个电路的频率或相位差变化，可以间接地得到电容的变化量，从而计算出加速度的大小。
为了提高测量精度，电容式加速度传感器通常通过负反馈电路来进行校准和补偿。
通过对比实际测量值和参考值的差异，可以进行精确的修正，以消除测量误差。
总的来说，电容式加速度传感器利用电容的变化来测量加速度。
通过测量电容变化，可以得到加速度的大小。
这种传感器具有结构简单、响应快、精度高等优点，广泛应用于各种领域中的加速度测量和控制系统中。
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湖南科技大学课程设计课程设计名称：《传感器/测控电路》课程设计学生姓名：李振文学院：机电工程学院专业及班级：测控技术与仪器2班学号：0903030211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。
ABSTRACTAlong 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.The course is designed to design a capacitive measurement of acceleration sensor. Use the slider inertia and spring bounce drive both move. Both the electric capacity is moving capacitance change, the capacitance change into current changes. Through the role of the operational amplifier, the amplification. Then through the A/D conversion to signal into A digital quantity, finally shown on the screen.Keywords: capacitive accelerometer; Amplification; The dielectric constant change.目录摘要 (i)目录 (ii)第一章绪论 (1)1.1 课题研究的相关背景 (1)1.2 选题的目的和意义 (1)1.3 课题研究的内容 (2)1.4 国内外研究现状 (2)1.5 传感器目前存在的主要问题 (2)第二章电容式加速度传感器的数学模型 (3)2.1传感器器的结构简图 (3)2.2传感器的等效原理图 (3)2.3差动电容计算及特性分析 (4)第三章测控电路设计 (6)3.1本系统测控电路组成框图 (6)3.2稳幅文式振荡器 (6)3.3反向放大电路 (7)3.4相敏检波器 (8)3.5低通有源滤波电路 (9)第四章电容式加速度传感器的技术要求 (11)4.1壳体固定要求 (11)4.2滑块与壳体接触面的光滑度要求 (11)4.3测控电路的要求 (11)4.4单片机程序要求 (11)第五章传感器适用范围 (12)5.1影响适用范围的因素 (12)5.2加设重力加速度传感器 (12)第六章实验数据处理 (13)6.1数据关系 (13)6.2与书本上面的测震动加速传感器对比 (13)第七章总结与展望 (14)7.1总结 (14)7.2展望 (14)参考文献 (15)附录1 (16)附录2 (17)附录3 (18)第一章绪论1.1 课题研究的相关背景传感器是一种应用非常广泛的设备，在各种自动控制过程中，它能迅速客观地反映出实际情况。
电容式传感器有很多，但原理相同。
平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比跟正对面积成反比根极板间的距离d成反比有：C=εS/4πkd式中k为静电力常量。
通过改变介质，极板距离，极板正对面积，这三个参数之一使传感器的电容发生变化，再通过电荷放大器，将电容变化或电量变化转换成容易用电路处理电压或电流量。
这就是电容式传感器的特点，通过上面的原理可以做成很多传感器，比如测长度的，测角度，测空气粉尘，空气湿度，还有声音，振动等，精度很高，比如测振动的精度可以达到零点零几个微米。
但是测长度的线性度不好，需要通过电路矫正，还有容易受到电路中的寄生电容的影响，所以电路设计的时候要很注意。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。
这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。
电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。
测量物体相对于大地或惯性空间的运动，通常采用惯性式传感器。
惯性式传感器种类很多，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介电常数电容式位移传感器配接“聍忌一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。
本课程设计利用惯性原理，加速的变化使滑块动作，从而带动介子移动。
使电容的介电常数发生改变，通过测量这个介电常数的变化进一步反映加速的大小以及方向。
1.2 选题的目的和意义通过这次课程设计,掌握传感器的工作原理,了解简单多功能传感器组成原理，初步掌握多功能传感器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立传感器的理论和实践的结合，了解多功能传感器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算各个单元电路。
1.3 课题研究的内容本系统采用模块化设计传感器，在实际生活中广泛应用。
电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量的变化，实质上就是一个具有可变参数的电容器。
利用滑块的移动量转变为介电常数的变化，从而导致电容值的变化。
通过测控电路的放大、整流和A/D转换，然后利用单片机把加速的显示出来。
1.4 国内外研究现状传感器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种实际场合，但目前所使用的传感器有的电路较复杂不便于制作,可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块 ,而专用集成块的购买又很困难。
为适应更多的实际生活需要而设计一个多功能传感器，这种传感器具有电路简单，元件普通 ,易于购买等优点,很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。
在国内外已经开始了普遍的应用。
1.5 传感器目前存在的主要问题随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，传感器作为一种工具，已广泛应用于各种实际生活中。
但传感器器的使用频率校高，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。
作为一个单位若专购一个传感器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极多，往往因长期使用使（电子器件的）传感器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。
但目前多数传感器存在2个不足之处：①输出具有非线性；②寄生电容的影响往往降低传感器的灵敏度。
第二章 电容式加速度传感器的数学模型2.1传感器器的结构简图电容式加速度传感器的原理结构如图：由图可见，它实际上是变介子电容式位移传感器，配接“m-k —C ”系统构成的。
质量块由1根弹簧放置于壳体内，质量块的左边连接介子，通过质量块的动作带动介子的运动，从而改变了介电常数。
（图2.1 原理结构简图） 2.2传感器的等效原理图电容式加速度传感器的等效原理图如图2.2所示。
图2.2中，右侧标尺表示与大地保持相对静止的运动参考点，称为静基准，x 表示被测物体及传感器底座相对于该参考点的位移，称为绝对位移，y 表示质量块m 相对于传感器底座的位移，称为相对位移。
x 和y 之间关系可用典型二阶比常系数微分方程描述：(图2.2 等效原理图) 22200222dtx d y dt dy dt y d =++ωξω （1） 式中：0ω为自振角频率，m k /0=ω；ξ为阻尼系数，mk C 2=ξ；C 为空气阻尼。
而位移x ，速度v ，加速度a 三者之间关系为：22dt x d dt dv a ==代入式（1）得： （2）经拉式变换得“m-k-c ”系统的传递函数： 200221)()(ωξω++=S S s A s y （3） 令ωj S =，可求得质量块相对运动的位移振幅m y 与被测物体绝对运动的加速度振幅m a 的关系为：220220)2()1(1ωωξωωω+=m m a y （4）式（4）具有低通滤波特性。