《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課件 第3次課位移傳感器及其應(yīng)用

溫故知新?lián)尨穑簽槭裁床顒?dòng)變極距型電容位移傳感器的精度是普通的變極距電容傳感器的2倍？差動(dòng)式的電容傳感器，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。1.電容傳感器的類型2.變極距差動(dòng)電容式傳感器的靈敏度K′3.變極距差動(dòng)電容傳感器的非線性誤差

′L近似為4.變面積型電容位移傳感器溫故知新5.變介質(zhì)型電容位移傳感器輸出特性是線性的，靈敏度K為常數(shù)。新課導(dǎo)入位移傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用比較多。4一、機(jī)械量傳感器分類傳感器通常是非電物理量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出的器件或裝置。

3.1傳感器的分類及特性5按被測(cè)物理量分為：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感、力傳感器、力矩傳感器等。壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器一、機(jī)械量傳感器分類光柵位移傳感器63.2位移測(cè)量傳感器

3.2.1模擬式位移傳感器 電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，電阻式位移傳感器。

電感式位移傳感器電感式位移傳感器工作原理把被測(cè)位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)榫€圈自感系數(shù)變化的傳感器稱作自感式位移傳感器。因?yàn)樽愿邢禂?shù)常稱作電感系數(shù)，所以自感式位移傳感器也常稱作電感式位移傳感器。由物理學(xué)磁知識(shí)知，一個(gè)匝數(shù)為N的線圈，其自感系數(shù)L為式中，Rm為線圈磁路總磁阻。式(7?3)表明，當(dāng)匝數(shù)N確定后，自感系數(shù)L僅是磁阻Rm的函數(shù)。而自感式位移傳感器就是通過(guò)改變磁路的磁阻來(lái)實(shí)現(xiàn)自感系數(shù)變化的，故又把它稱作變磁阻式位移傳感器。(7-3)如右圖所示，當(dāng)鐵芯與銜鐵之間有很小空氣隙δ時(shí)可以認(rèn)為氣隙間磁場(chǎng)是均勻的，磁路是封閉的。不考慮磁路損失時(shí)，總磁阻是第一項(xiàng)為導(dǎo)磁材料的磁阻（）；第二項(xiàng)為氣隙的磁阻（）；li-鐵磁材料各段長(zhǎng)度（mm）Si-相應(yīng)各段的截面積（mm2）μi-各段磁導(dǎo)率δ-氣隙厚度（mm）；S-氣隙截面積（mm2）；μ0-空氣磁導(dǎo)率由于μi>>μ0，所以，根據(jù)被測(cè)位移改變磁阻的方式，它又分為變氣隙型、變面積型和螺線管型三種。圖3-4是單自感式位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。在這三種類型中最常用的是變氣隙型和螺線管型兩種，現(xiàn)分別介紹如下。圖3-4單自感式位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)示意圖1.變氣隙型自感式位移傳感器變氣隙型單自感式位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖3-4(a)所示。該傳感器的自感系數(shù)L為(3-4)圖3-4(a)變氣隙型式中，N為線圈的匝數(shù)；δ為氣隙磁路的長(zhǎng)度；A0為中間氣隙磁路的橫截面積；μ0為空氣的磁導(dǎo)率（μ0=4π×10-7H/m）。假設(shè)該傳感器的初始?xì)庀稙棣?，則初始電感量L0為當(dāng)被測(cè)運(yùn)動(dòng)部件與銜鐵剛性相連時(shí)，若被測(cè)運(yùn)動(dòng)部件使銜鐵向上移動(dòng)了x，即δ=δ0–x，將它代入式(3-4)整理得電感系數(shù)L為當(dāng)x/δ0<<1時(shí)，分母1-(x/δ0)2≈1，忽略分母中的(x/δ0)2項(xiàng)得式(3-7)表明，變氣隙型單自感式位移傳感器的電感L與位移x呈近似線性關(guān)系。因此，它適合于測(cè)量微小位移的場(chǎng)合。(3-5)(3-6)(3-7)為了提高靈敏度和減小非線性誤差，通常把它做成差動(dòng)形式。變氣隙型差動(dòng)自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。它由兩個(gè)相同的線圈和磁路組成，當(dāng)位于中間的銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，上下兩個(gè)線圈的電感量，一個(gè)增加一個(gè)減少，形成差動(dòng)形式。變氣隙型差動(dòng)自感式位移傳感器與變氣隙型單自感式位移傳感器相比，靈敏度提高了一倍，并且非線性誤差也大大減少。圖7-5變氣隙型差動(dòng)自感傳感器結(jié)構(gòu)變氣隙型自感式傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高；其主要缺點(diǎn)是：線性范圍小、自由行程小、制造裝配困難、互換性差，因而限制了它的應(yīng)用。3.螺線管型自感式位移傳感器螺線管型自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)也有單自感和差動(dòng)式兩種，圖3-4(c)是螺線管型單自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。假設(shè)螺線管的內(nèi)半徑為rs，長(zhǎng)度為ls，活動(dòng)銜鐵的半徑為r0，插入螺線管線圈的長(zhǎng)度為l，當(dāng)ls>>rs時(shí)，可認(rèn)為螺線管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，忽略邊沿效應(yīng)，則螺線管電感L的計(jì)算公式為式中，V為螺線管內(nèi)空間的體積；n為線圈單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)；μ為螺線管內(nèi)空間介質(zhì)的磁導(dǎo)率。(3-8)根據(jù)式(3-8)可推導(dǎo)出圖(c)中螺線管線圈的電感系數(shù)L為式中，μ0為空氣的磁導(dǎo)率；μr為活動(dòng)銜鐵的相對(duì)磁導(dǎo)率；N為螺線管線圈的匝數(shù)。若活動(dòng)銜鐵插入線圈的初始深度為l0，當(dāng)銜鐵在螺線管線圈中向上移動(dòng)了x，即l=l0+x時(shí)，將它代入式(3-9)得由式(3-10)可知，當(dāng)螺線管的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，自感L與位移x呈線性關(guān)系。但由于實(shí)際螺線管內(nèi)磁場(chǎng)不完全均勻及存在邊沿效應(yīng)等因素，所以實(shí)際的自感L與位移x呈近似線性關(guān)系。(3-10)

圖3-6螺線管型差動(dòng)自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)為了減少非線性誤差，實(shí)際制作時(shí)通常取l0=ls/2。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是量程大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作；缺點(diǎn)是靈敏度比較低，且有一定的非線性。一般用于測(cè)量精度要求不是很高，且檢測(cè)量程比較大的線位移情況。為了提高靈敏度，減少非線性誤差，通常把它做成差動(dòng)形式，圖3-6是螺線管型差動(dòng)自感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它由兩個(gè)完全相同的螺線管組合而成。顯然，當(dāng)銜鐵處于兩個(gè)螺線管相連的中心位置時(shí)，兩邊的螺線管電感量相等。當(dāng)銜鐵偏離中心位置時(shí)，左右兩個(gè)線圈的電感量，一個(gè)增加一個(gè)減少，形成差動(dòng)形式。同樣可以證明，螺線管型差動(dòng)自感式位移傳感器與螺線管型單自感式位移傳感器相比，靈敏度提高了一倍，并且非線性誤差也大大減少。圖3-6螺線管型差動(dòng)自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)電感傳感器的應(yīng)用1.電感測(cè)微儀圖3-19為差動(dòng)自感測(cè)微儀方框圖，它的主要部件是螺線管型差動(dòng)自感式位移傳感器、電阻式差動(dòng)交流電橋測(cè)量電路、交流放大器，相敏檢波器、振蕩器、穩(wěn)壓電源及顯示器等。圖3-19差動(dòng)自感測(cè)微儀方框圖2.電感式紙頁(yè)厚度測(cè)量?jī)x自感式紙張厚度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。圖中E形鐵芯和線圈構(gòu)成電感測(cè)量頭，銜鐵實(shí)際上是一塊鐵質(zhì)或鋼質(zhì)的平板，在工作過(guò)程中板狀銜鐵是固定不動(dòng)的，被測(cè)紙張位于E形鐵芯與板狀銜鐵之間，磁力線從上部的E形鐵芯通過(guò)紙張而到達(dá)下部的銜鐵。。圖3-20自感式紙張厚度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)圖可以證明，該交流毫安表的讀數(shù)與鐵芯與銜鐵之間的氣隙大小成正比關(guān)系，亦即與紙張的厚度成正比關(guān)系。

光柵位移傳感器由大量等寬等間距的平行狹縫組成的光學(xué)器件稱為光柵，如圖4-9所示。光柵的刻痕密度一般為每毫米10、25、50、100、250線?？毯壑g的距離稱為柵距W。設(shè)刻痕寬度為a，狹縫寬度為b，則，一般情況下取圖4-9光柵

光柵的概念20用玻璃制成的光柵稱為透射光柵，它是在透明玻璃上刻出大量等寬等間距的平行刻痕，每條刻痕處是不透光的，而兩刻痕之間是透光的21用不銹鋼制成的光柵稱為反射式光柵22光柵位移傳感器的工作原理—莫爾條紋莫爾條紋——如果把兩塊柵距W相等的光柵面平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ，這時(shí)光柵上會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋，如圖4-10所示。莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過(guò)而形成的亮帶，它由一系列四棱形圖案組成，圖4-10中d-d線區(qū)所示。f-f線區(qū)則是由于光柵的遮光效應(yīng)形成的。

圖4-10莫爾條紋23θW莫爾條紋演示指示光柵主光柵24圖4-10莫爾條紋25例如θ=30′，則K=115，表明莫爾條紋的放大倍數(shù)相當(dāng)大。當(dāng)θ=0.1o時(shí)，K=573這樣，就可以把肉眼看不到的光柵位移變成為清晰可見(jiàn)的莫爾條紋移動(dòng)，可以用測(cè)量條紋的位移來(lái)檢測(cè)光柵的位移，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的位移測(cè)量。26課堂練習(xí)光柵的條紋密度是50條/mm，光柵條紋間的夾角θ=0.001孤度，則莫爾條紋的寬度是20mm光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖4-11所示。它主要由主光柵、指示光柵、光源和光電器件等組成，其中主光柵和被測(cè)物體相連，它隨被測(cè)物體的直線位移而產(chǎn)生移動(dòng)。當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移，若用光電器件記錄莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的距離，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。利用上述原理，通過(guò)多個(gè)光敏器件對(duì)莫爾條紋信號(hào)的內(nèi)插細(xì)分，便可檢測(cè)出比光柵距還小的位移量及被測(cè)物體的移動(dòng)方向。圖4-11光柵位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖28

圖4-11b）光柵位移傳感器外形圖29

光柵位移傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用由于莫爾條紋是明暗交替的，當(dāng)莫爾條紋上下移動(dòng)時(shí)，只要用光敏元件檢測(cè)出來(lái)明、暗的變化，就可得知位移的大小，實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的二值化。另外莫爾條紋是由光柵的大量刻線形成的，對(duì)刻線誤差有平均作用，能在很大程度上消除刻線不均勻引起的誤差。由于光柵位移傳感器測(cè)量精度高（分辨率為0.1μm）、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣（0～1000mm），可進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化和數(shù)字化，因而在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在量具、數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)反饋控制、工作主機(jī)的坐標(biāo)測(cè)量等方面，光柵位移傳感器都起著重要的作用。圖3-12所示為光柵位移傳感器在機(jī)床加工方面的應(yīng)用實(shí)例。30

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學(xué)習(xí)內(nèi)容一、常見(jiàn)的速度傳感器1.磁電感應(yīng)式速度傳感器2.測(cè)速發(fā)電機(jī)3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器

二、光電編碼器

333.4速度、加速度傳感器

3.4.1速度傳感器

能感受被測(cè)速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。A.從物體運(yùn)動(dòng)的形式來(lái)看，速度的測(cè)量分為線速度測(cè)量和角速度測(cè)量；B.從運(yùn)動(dòng)速度的參考基準(zhǔn)來(lái)看分為絕對(duì)速度測(cè)量和相對(duì)速度的測(cè)量；C.從速度的數(shù)值特征來(lái)看分為平均速度測(cè)量和瞬時(shí)速度測(cè)量；D.從獲取物體運(yùn)動(dòng)速度的方式來(lái)看分為直接速度測(cè)量和間接速度測(cè)量。

線速度的計(jì)量單位通常用m/s；在工程上通常用km/s。常見(jiàn)的速度傳感器1.磁電感應(yīng)式速度傳感器2.測(cè)速發(fā)電機(jī)3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器4.霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器PARTTWO1.磁電感應(yīng)式速度傳感器根據(jù)工作原理的不同：（1）動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器（2）動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器磁電式傳感器簡(jiǎn)稱感應(yīng)式傳感器，也成為電動(dòng)式傳感器。利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換器，不需要外部供電電源。磁電式傳感器的工作原理法拉第電磁感應(yīng)定律：k為比例系數(shù)，E為感應(yīng)電勢(shì)，Φ為磁通。k＝1，這時(shí)感應(yīng)電勢(shì)為：

整個(gè)線圈中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為：B：穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度A、l導(dǎo)體有效橫截面積及長(zhǎng)度v、ω導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度根據(jù)工作原理的不同：（1）動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器（2）動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器原理如果在線圈運(yùn)動(dòng)部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度B是均勻的，則當(dāng)線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)速度為υ時(shí)，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

式中B為磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，為單匝線圈有效長(zhǎng)度，N為線圈匝數(shù)，α為運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向間夾角當(dāng)α＝90°，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：圖5.1.1動(dòng)圈式磁電傳感器原理圖（2）動(dòng)鐵式結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器原理與動(dòng)磁式磁電感應(yīng)傳感器相同，但是由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)不同，有式中：B為磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度la為單匝線圈有效長(zhǎng)度N為線圈匝數(shù)α為運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向間夾角磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理

當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過(guò)永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流電壓信號(hào)u0。優(yōu)點(diǎn)：它只適合進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，電路簡(jiǎn)單，輸出功率較大，零位及性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍。缺點(diǎn)：尺寸以及重量較大。適用范圍：可以用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量。優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍2.測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和直流伺服電動(dòng)機(jī)基本相似。NS+-n直流電機(jī)定子轉(zhuǎn)子空氣隙定子鐵心勵(lì)磁繞組機(jī)殼端蓋電刷電樞繞組電樞鐵心換向器轉(zhuǎn)軸

導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，電刷兩端的感應(yīng)電勢(shì)：一、工作原理B：穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度l導(dǎo)體有效橫截面積及長(zhǎng)度v轉(zhuǎn)子相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度

由上可知：1.電刷兩端的感應(yīng)電勢(shì)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。2.直流發(fā)電機(jī)能夠把轉(zhuǎn)速信號(hào)換成電勢(shì)信號(hào)，從而用來(lái)測(cè)速。?直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中可以作為測(cè)速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號(hào)元件。如：由于該發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓和轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以檢測(cè)出它的電壓就可達(dá)到測(cè)電機(jī)速度的目的;同時(shí)該電壓送去解碼后，用于對(duì)該電機(jī)的恒速控制。3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器是在速度分析測(cè)量中，特別是對(duì)非接觸的轉(zhuǎn)動(dòng)、位移信號(hào)，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等軌跡運(yùn)動(dòng)的多種參數(shù)的一種傳感器。電渦流測(cè)轉(zhuǎn)速傳感器

光電編碼器

光電編碼器分為絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器兩種。光電編碼器是按光學(xué)和光電原理制成的器件，它由光源、碼盤、光敏元件及電路部分組成。碼盤上有若干透光部分和不透光部分，當(dāng)光通過(guò)碼盤上的透光部分時(shí)，光敏元件便接收到光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而在不透光部分則接收不到光信號(hào)，如圖2-22所示。當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，便可接收到一系列的脈沖或數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)就反映了旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。圖2-22

編碼器的碼盤1.絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器是一種能直接測(cè)量角位移的傳感器，圖2-22（a）為4位絕對(duì)式二進(jìn)制編碼器的碼盤。在碼盤的圓周方向上有4條由透光和不透光部分組成的碼道，而在徑向上將碼盤分成了16個(gè)扇區(qū)，在碼盤的一側(cè)有4個(gè)光敏元件，每個(gè)光敏元件對(duì)應(yīng)一條碼道。當(dāng)光電編碼器處于某一位置時(shí)，該扇區(qū)上的不透明部分對(duì)應(yīng)的光敏元件輸出1（設(shè)不透明部分為1），而透明部分對(duì)應(yīng)的光敏元件輸出0。則這4位二進(jìn)制數(shù)字就表示了該扇區(qū)的位置。可以看出各個(gè)扇區(qū)分別代表了0000，0001，…，1110，1111這16個(gè)角度。2.增量式編碼器增量式編碼器利用計(jì)數(shù)裝置將旋轉(zhuǎn)碼盤產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)參數(shù)。圖2-22（b）為增量式編碼器的碼盤。相對(duì)于絕對(duì)式編碼器而言，增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，所以應(yīng)用更為廣泛。其原理和光柵相同，在碼盤的圓周方向上刻有若干條透明的線條，當(dāng)光線通過(guò)時(shí)便可產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖，計(jì)數(shù)裝置只要完成計(jì)數(shù)即可。增量式編碼器有兩種，一種只有一條碼道，通常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度，但無(wú)法辨別方向；另一種能夠分辨旋轉(zhuǎn)方向和零點(diǎn)參考位置。增量式碼盤上通常刻有3條碼道，分別為A相、B相和Z相，其中A相和B相碼道相位上相差π/2，用來(lái)檢測(cè)方向，而Z相用來(lái)檢測(cè)零點(diǎn)參考位置，這種增量式編碼器可以用來(lái)測(cè)量位移、速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。因此圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件就輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N，則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為式中：Z—圓盤上的縫隙數(shù)；

n—轉(zhuǎn)速（rad/min）；

T—測(cè)量時(shí)間（s）。一般取Z=60×10m（m=0，1，2·····），利用兩組縫隙間距W相同，位置相差，i=0，1，2······的指示縫隙和兩個(gè)電光器件，則可辨別出圓盤的旋轉(zhuǎn)方向。壓電式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器電容式加速度傳感器伺服式加速度傳感器加速度傳感器的分類某些晶體在一定方向上受力變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。具有“壓電效應(yīng)”的晶體稱為壓電晶體。常用的壓電晶體有石英、壓電陶瓷等。壓電式加速度傳感器工作原理壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應(yīng)工作的。圖4壓電效應(yīng)原理圖壓電式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷。圖6壓電式j(luò)加速度傳感器壓電式加速度傳感器在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中被應(yīng)用于許許多多的方面，如提電腦的硬盤抗摔保護(hù)，目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，也有加速度傳感器，用來(lái)檢測(cè)拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦壓電式加速度傳感器應(yīng)用圖7攝像機(jī)圖8電腦硬盤壓阻式加速度傳感器是最早開發(fā)的硅微加速度傳感器（基于MEMS硅微加工技術(shù)），壓阻式加速度傳感器的彈性元件一般采用硅梁外加質(zhì)量塊，質(zhì)量塊由懸臂梁支撐，并在懸臂梁上制作電阻，連接成測(cè)量電橋。在慣性力作用下質(zhì)量塊上下運(yùn)動(dòng)，懸臂梁上電阻的阻值隨應(yīng)力的作用而發(fā)生變化，引起測(cè)量電橋輸出電壓變化，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的測(cè)量。壓阻式加速度傳感器原理圖9壓阻式加速度傳感器原理圖壓阻式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：體積小、頻率范圍寬、測(cè)量加速度的范圍寬，直接輸出電壓信號(hào)，不需要復(fù)雜的電路接口，大批量生產(chǎn)時(shí)價(jià)格低廉，可重復(fù)生產(chǎn)性好，可直接測(cè)量連續(xù)的加速度和穩(wěn)態(tài)加速度.缺點(diǎn)：對(duì)溫度的漂移較大，對(duì)安裝和其它應(yīng)力也較敏感，它不具備某些低gn值測(cè)量時(shí)所需的準(zhǔn)確度。圖12壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器已用在步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械的控制系統(tǒng)中。廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。壓阻式加速度傳感器應(yīng)用圖13步進(jìn)電機(jī)圖14繪圖機(jī)電容式加速度傳感器，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻率范圍寬約為0～450Hz，線性度小于1%，靈敏度高，輸出穩(wěn)定，溫度漂移小，測(cè)量誤差小，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，輸出阻抗低，輸出電量與振動(dòng)加速度的關(guān)系式簡(jiǎn)單方便易于計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但不足之處表現(xiàn)在信號(hào)的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過(guò)后繼電路給于改善電容式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)圖17電容式加速度傳感器在某些領(lǐng)域無(wú)可替代，如安全氣囊，手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。

電容式加速度傳感器應(yīng)用圖19手機(jī)圖18安全氣囊當(dāng)被測(cè)振動(dòng)物體通過(guò)加速度計(jì)殼體有加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊偏離靜平衡位置，位移傳感器檢測(cè)出位移信號(hào)，經(jīng)伺服放大器放大后輸出電流，該電流流過(guò)電磁線圈，從而在永久磁鐵的磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁恢復(fù)力，迫使質(zhì)量塊回到原來(lái)的靜平衡位置，即加速度計(jì)工作在閉環(huán)狀態(tài)，傳感器輸出與加速度計(jì)成一定比例的模擬信號(hào)，它與加速度值成正比關(guān)系。伺服式加速度傳感器原理圖20伺服式加速度傳感器原理圖主要由質(zhì)量塊、彈簧、電磁線圈、永久磁鐵、位移傳感器、伺服放大器、殼體等部分組成。伺服式加速度傳感器構(gòu)成圖21伺服式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度和穩(wěn)定性、低頻響應(yīng)等都得到提高，還有分辨率高，高精度，自檢功能，高可靠性等。缺點(diǎn)是體積和質(zhì)量比壓電式加速度計(jì)大很多，價(jià)格昂貴。伺服式加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)圖22伺服式加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖由于有