加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個(gè)常量。加速度計(jì)有兩種：一種是角加速度計(jì)，是由陀螺儀（角速度傳感器）改進(jìn)的。另一種就是線加速度計(jì)。

　　加速度傳感器，包括由硅膜片、上蓋、下蓋，膜片處于上蓋、下蓋之間，鍵合在一起；一維或二維納米材料、金電極和引線分布在膜片上，并采用壓焊工藝引出導(dǎo)線；工業(yè)現(xiàn)場測振傳感器，主要是壓電式加速度傳感器。其工作原理主要利于壓電敏感元件的壓電效應(yīng)得到與振動(dòng)或者壓力成正比的電荷量或者電壓量。目前工業(yè)現(xiàn)場典型采用IEPE型加速度傳感器，及內(nèi)置IC電路壓電加速度傳感器，傳感器輸出與振動(dòng)量正正比的電壓信號(hào)。

　　加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力也就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力。加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀改進(jìn)過來的。另一種就是加速度傳感器。它也可以按測量軸分為單軸、雙軸和三軸加速度傳感器。現(xiàn)在，加速度傳感器廣泛應(yīng)用于游戲控制、手柄振動(dòng)和搖晃、汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測、地震檢測、工程測振、地質(zhì)勘探、振動(dòng)測試與分析以及安全保衛(wèi)振動(dòng)偵察等多種領(lǐng)域。下面就舉例幾個(gè)例子，更好的認(rèn)識(shí)加速度傳感器。游戲控制加速度傳感器可以檢測上下左右的傾角的變化，因此通過前后傾斜手持設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對游戲中物體的前后左右的方向控制，就變得很簡單。

　　加速度傳感器的技術(shù)指標(biāo)

　　1、靈敏度方面的技術(shù)指標(biāo)：對于一個(gè)儀器來說，一般都是靈敏度越高越好的，因?yàn)樵届`敏，對周圍環(huán)境發(fā)生的加速度的變化就越容易感受到，加速度變化大，很自然地，輸出的電壓的變化相應(yīng)地也變大，這樣測量就比較容易方便，而測量出來的數(shù)據(jù)也會(huì)比較精確的。

　　2、帶寬方面的技術(shù)指標(biāo)：帶寬指的的是傳感器可以測量的有效的頻帶，比如，一個(gè)傳感器有上百HZ帶寬的就可以測量振動(dòng)了；一個(gè)具有五十HZ帶寬的傳感器就可以有效測量傾角了。

　　3、量程方面的技術(shù)指標(biāo)：測量不一樣的事物的運(yùn)動(dòng)所需要的量程都是不一樣的，要根據(jù)實(shí)際情況來衡量。

　　解析手機(jī)上的傳感器

　　加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。因此其的范圍比重力感應(yīng)器要大，但是一般在手機(jī)被提到的加速度感應(yīng)器時(shí)，其實(shí)就是指重力感應(yīng)器，因此兩者可以看做是等價(jià)的。

　　方向感應(yīng)器

　　手機(jī)方向傳感器是指，安裝在手機(jī)上用以檢測手機(jī)本身處于何種方向狀態(tài)的部件，而不是通常理解的指南針的功能。

　　手機(jī)方向檢測功能可以檢測手機(jī)處于正豎、倒豎、左橫、右橫，仰、俯狀態(tài)。具有方向檢測功能的手機(jī)具有使用更方便、更具人性化的特點(diǎn)。例如，手機(jī)旋轉(zhuǎn)后，屏幕圖像可以自動(dòng)跟著旋轉(zhuǎn)并切換長寬比例，文字或菜單也可以同時(shí)旋轉(zhuǎn)，使你閱讀方便;聽MP3時(shí)。可能會(huì)有人說：這個(gè)跟那個(gè)重力感應(yīng)器是一樣的？

　　這個(gè)兩者是不一樣的，方向感應(yīng)器或者叫應(yīng)用角速度傳感器比較合適，一般手機(jī)的上的方向感應(yīng)器是感應(yīng)水平面上的方位角、旋轉(zhuǎn)角和傾斜角的。這個(gè)如果你可能覺得有點(diǎn)理論的話，舉個(gè)例子吧。有方向感應(yīng)器的能很好的VR游戲。而只有重力感應(yīng)器也能玩，但是，結(jié)果很令人糾結(jié)。

　　為了得到高度真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用者應(yīng)當(dāng)全面地了解所用儀器的工作特性，這些特性是怎樣互相影響的，整個(gè)環(huán)境對這些特性是如何影響的，以及加速度計(jì)對被測運(yùn)動(dòng)是如何影響的。

　　加速度計(jì)是關(guān)鍵的測量元件，有多種設(shè)計(jì)型式供選用。每種設(shè)計(jì)型式都為某些特定用處設(shè)計(jì)的，目的是為獲得高保真的測量數(shù)據(jù)。

　　工程師們應(yīng)認(rèn)真地分析測量的要求，選用最合適的加速度計(jì)，通常要在靈敏度，重量和頻響范圍三者之間比較，做出最合適的選擇。

　　傳感器主要工作特性分為有效響應(yīng)與亂真響應(yīng)兩類。

　　●有效響應(yīng)effecTIve response

　　在傳感器靈敏軸方向上，由輸入的機(jī)械振動(dòng)或沖擊所引起的傳感器的響應(yīng)。這種響應(yīng)是正確使用傳感器進(jìn)行測量，取得可靠數(shù)據(jù)所期望的。

　　●亂真響應(yīng)spurious response

　　在使用傳感器測量機(jī)械振動(dòng)或沖擊時(shí)，由同時(shí)存在的其他物理因素所引起的傳感器的響應(yīng)。這種響應(yīng)是干擾正確測量的，是不期望的。（見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13823.1-93）

　　有效響應(yīng)主要有：

　　靈敏度；幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)；非線性度。

　　亂真響應(yīng)主要有：

　　溫度響應(yīng)；瞬變溫度靈敏度；橫向靈敏度；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈敏度；基座應(yīng)變靈敏度；磁靈敏度；安裝力矩靈敏度；對特殊環(huán)境的響應(yīng)。（見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13823.1-93）

　　●靈敏度：（SensiTIvity）

　　輸出量與輸入量之比。

　　●參考靈敏度：（Reference SensiTIvity）

　　在給定的參考頻率和參考幅值下傳感器的靈敏度值。

　　傳感器靈敏度越高，測量系統(tǒng)的信噪比就越大，系統(tǒng)就不易受靜電干擾或電磁場的影響。對某種具體的加速度計(jì)設(shè)計(jì)型式來說，靈敏度越高，則傳感器越重，共振頻率也越低。因此選用多大靈敏度受其重量和頻率響應(yīng)的制約。

　　一般情況下，傳感器的靈敏度包括幅值與相位兩個(gè)信息，是隨頻率變化的復(fù)數(shù)量。

　　●幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)

　　在輸入的機(jī)械振動(dòng)量值不變的情況下，傳感器輸出電量的幅值隨振動(dòng)頻率的變化，稱為幅頻響應(yīng)。而輸出電量的相位隨振動(dòng)頻率的變化，稱為相頻響應(yīng)。

　　在工作頻段內(nèi)連續(xù)地改變振動(dòng)頻率，且維持輸入的機(jī)械振動(dòng)量幅值不變，同時(shí)觀測傳感器的輸出，便可測定幅頻響應(yīng)。若同時(shí)測量傳感器輸出電量與輸入機(jī)械振動(dòng)量間的相位差，則又可測定相頻響應(yīng)。

　　一般情況下，只要求知道幅頻響應(yīng)。在接近傳感器上、下限頻率處使用傳感器，或有要求時(shí)，則必須知道相頻響應(yīng)。

　　●非線性度

　　在給定的頻率和幅值范圍內(nèi)，輸出量與輸入量成正比，稱為線性變化。實(shí)際傳感器的校準(zhǔn)結(jié)果與線性變化偏離的程度，稱為該傳感器的非線性度。

　　在由最小值到最大值的傳感器動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，逐漸增大輸入的機(jī)械振動(dòng)量，同時(shí)測量傳感器輸出幅值的變化，便可測定傳感器的輸出值與線性輸出值的偏差量。在使用正弦振動(dòng)發(fā)生器進(jìn)行測定時(shí)，可在傳感器的工作頻率范圍內(nèi)選定幾個(gè)頻率進(jìn)行，以覆蓋傳感器整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍。

　　一般在傳感器動(dòng)態(tài)范圍的上限附近傳感器的輸出值與線性值的偏差量最大。所允許的偏差量取決于具體測量的要求。

　　對壓電加速度計(jì)，一般用在一定的加速度范圍內(nèi)，其靈敏度增加的百分?jǐn)?shù)來表示非線性度。壓阻式，變電容式加速度計(jì)在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度較好，它代表了非線性、滯后和非重復(fù)性的綜合值。

　　●質(zhì)量負(fù)載的影響

　　如果加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量接近被測結(jié)構(gòu)物的動(dòng)態(tài)質(zhì)量，則會(huì)使振動(dòng)產(chǎn)生明顯的衰減。為此在諸如印刷電路板等又薄又輕的片狀構(gòu)件上測振時(shí)，為了得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)必須采用重量輕的加速度計(jì)。如果被測物件呈現(xiàn)單自由度的響應(yīng)，則加速度計(jì)將使其共振頻率下降。在所有的模態(tài)試驗(yàn)中必須使用微型加速度計(jì)。

　　●低頻響應(yīng)

　　使用壓電加速度計(jì)時(shí)，所用放大器低頻截止頻率多為2－5Hz，目的是以此來剔除許多壓電傳感器的熱釋電輸出。像隔離剪切式設(shè)計(jì)等隔離性好的設(shè)計(jì)型式可用在較低的頻率。壓阻式和變電容式加速度計(jì)則具有零頻響應(yīng)。

　　●高頻響應(yīng)

　　加速度計(jì)的高頻響應(yīng)隨加速度計(jì)的機(jī)械性能和安裝方法而變。在安裝牢固時(shí)，大多數(shù)加速度計(jì)呈現(xiàn)無阻尼單自由度系統(tǒng)的頻響特性。以±5%為要求的話，其頻率響應(yīng)約平整到安裝共振頻率的五分之一。如果加適當(dāng)?shù)男拚驍?shù)，則可在更高的頻率上得到有用的數(shù)據(jù)。

　　●溫度響應(yīng)

　　傳感器靈敏度隨溫度的變化，稱為傳感器的溫度響應(yīng)。用測試溫度下的靈敏度與室溫下的靈敏度之差相對于室溫靈敏度的百分?jǐn)?shù)來表示。

　　常用壓電加速度計(jì)的溫度范圍為零度以下至+177°C或+260°C。某些特定型號(hào)，低溫可達(dá)絕對零度，高溫可達(dá)760°C。很多種壓電加速度計(jì)設(shè)計(jì)型式在很寬的溫度范圍內(nèi)的溫度響應(yīng)很平。壓阻式、變電容式加速度計(jì)的典型溫度范圍為－18°C～+93°C。

　　●壓電傳感器的瞬變溫度靈敏度

　　具有熱釋電效應(yīng)的傳感器在瞬變溫度作用下將產(chǎn)生電輸出，該輸出的最大值與傳感器靈敏度和溫度改變量乘積的比值稱為瞬變溫度靈敏度。

　　在溫度產(chǎn)生變化時(shí)，壓電元件會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)，這稱之為熱釋電效應(yīng)。試件或氣流溫度的突變會(huì)引起這種溫度變化。大多數(shù)情況下這種效應(yīng)是很低頻的，只有信號(hào)適調(diào)儀的響應(yīng)在1赫以下，才能檢測到。如果信號(hào)適調(diào)儀有級(jí)間高通濾波器，則應(yīng)特別注意，熱釋電信號(hào)可能會(huì)使放大器飽和，使它短時(shí)間不工作。

　　基座隔離式，剪切式，隔離剪切式設(shè)計(jì)的熱釋電效應(yīng)較小。壓阻式，變電容式的這種效應(yīng)是可以忽略的。

　　●橫向靈敏度

　　對于單向測量來說，要求加速度計(jì)不得對被測物體的橫向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生任何響應(yīng)是十分必要的。但加速度計(jì)總是有一定的橫向靈敏度，它與橫向振動(dòng)的方向有關(guān)，其橫向靈敏度一般為軸向靈敏度的1～5%。恩德福克對每個(gè)加速度計(jì)進(jìn)行橫向靈敏度校準(zhǔn)并給出其最大值。

　　●橫向靈敏度比

　　在與傳感器靈敏軸垂直的方向上受到激勵(lì)時(shí)傳感器的靈敏度，稱為橫向靈敏度。橫向靈敏度與沿靈敏軸方向上的靈敏度之比，稱為橫向靈敏度比。

　　●旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈敏度

　　某些直線振動(dòng)傳感器對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是敏感的。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)必須小心。以免造成測量誤差。

　　●基座應(yīng)變靈敏度

　　在傳感器基座產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)會(huì)引起不應(yīng)有的信號(hào)輸出，該輸出值與傳感器靈敏度和應(yīng)變值乘積的比值，稱為基座應(yīng)變靈敏度。

　　在某些試驗(yàn)中，加速度計(jì)安裝處可能會(huì)存在動(dòng)態(tài)彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸等。由于與應(yīng)變區(qū)緊密接觸，加速度計(jì)底座也會(huì)發(fā)生應(yīng)變。部分應(yīng)變會(huì)傳給敏感元件，從而產(chǎn)生與振動(dòng)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的輸出信號(hào)。

　　剪切式設(shè)計(jì)的加速度計(jì)要比壓縮式的對基座應(yīng)變的敏感程度小一個(gè)數(shù)量級(jí)。應(yīng)用絕緣安裝螺釘或粘貼式轉(zhuǎn)接件可以減小這種影響。

　　●磁靈敏度

　　傳感器被置于磁場中會(huì)產(chǎn)生的不應(yīng)有的信號(hào)輸出，該輸出值與傳感器靈敏度和磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積的比值，稱為傳感器的磁靈敏度。

　　●安裝力矩靈敏度

　　采用螺紋安裝的傳感器，安裝力矩的變化會(huì)引起靈敏度發(fā)生變化。施加1/2倍規(guī)定安裝力矩或施加2倍規(guī)定安裝力矩時(shí)的靈敏度與施加規(guī)定安裝力矩時(shí)的靈敏度之差值，相對于施加規(guī)定安裝力矩時(shí)靈敏度的比值的百分?jǐn)?shù)，稱為安裝力矩靈敏度。

　　●特殊環(huán)境的響應(yīng)

　　在強(qiáng)靜電場、交變磁場、射頻場、聲場、電纜影響、核輻射等的特殊環(huán)境下，某些傳感器會(huì)受到嚴(yán)重的影響，這些物理因素將引起傳感器產(chǎn)生亂真響應(yīng)。

　　壓電式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)

　　壓電式加速度傳感器，又稱壓電加速度計(jì)。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)工作的。 所謂壓電效應(yīng)，是指某些電介質(zhì)，當(dāng)它在一定方向上受到機(jī)械外力作用而變形時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)發(fā)生電極化，從而導(dǎo)致電介質(zhì)的兩相對表面上出現(xiàn)大小相等、符號(hào)相反的電荷。當(dāng)外力方向改變時(shí)，電荷的極性也跟著改玖其電荷量的大小與外力成正比。當(dāng)外力去掉后，電介質(zhì)又恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反過來，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上外加電場時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生變形，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。壓電加速度計(jì)是利用正壓電效應(yīng)工作的。

　　具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)稱為壓電材料。在自然界中，具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)很多，但大多數(shù)共效應(yīng)很微弱，只有少數(shù)如石英晶體、壓電陶瓷等才有較強(qiáng)的壓電效應(yīng)。

　　壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)型犬有壓縮型、剪切型和彎曲型三種，圖11—5為壓縮型加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。其敏感元件是壓電晶體片4，晶體片上壓一個(gè)質(zhì)量塊3，用一個(gè)剛度較大的彈簧2對這個(gè)質(zhì)量塊施加一個(gè)預(yù)緊力，并將它們綻在一個(gè)帶有厚的基座6的金屬外殼1內(nèi)。當(dāng)加速度計(jì)安裝在被測扳動(dòng)物體上而隨之板動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊就產(chǎn)生一個(gè)正比于振動(dòng)加速度的力作用在壓電晶體片上，根據(jù)正壓電效應(yīng)，在晶體片兩相對的表川上就產(chǎn)生交變的電材，共大小與作用力成正比，田質(zhì)量塊的質(zhì)量固定不變，所以晶體片上的電荷與扳動(dòng)加速度成正比。

　　壓電加速度計(jì)只有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、頻帶寬、靈敏度高、測量范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用最為廣泛。壓電加速度計(jì)的穩(wěn)定性較好，在振動(dòng)計(jì)量中，往往作為標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)使用。

　　它主 要由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座及外殼等組成。整 個(gè)部件裝在外殼內(nèi)，并由螺栓加以固定。質(zhì)量塊一般由體 積質(zhì)量較大的材料（如鎢或重合金）制成。預(yù)壓彈簧的作用 是對質(zhì)量塊加載，產(chǎn)生預(yù)壓力，以保證在作用力變化時(shí)，晶 片始終受到壓縮。整個(gè)組件都裝在基座上。為了防止被測 件的任何應(yīng)變傳到壓電晶片上而產(chǎn)生假信號(hào)，基座一般要 求做得較厚。基座與被測物體剛性固定在一起。

　　當(dāng)加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，所以，在 壓電元件的兩個(gè)表面上產(chǎn)生交變電壓或電荷。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器 輸出的電壓或電荷與作用力成正比，從而可得知被測物體的加速度。