加速度传感器

基本说明

线性加速度传感器（也称为G力传感器）是测量由运动，振动，碰撞等引起的加速度的设备。所有加速度传感器均基于简单的原理进行操作，其中牛顿第二运动定律应用于弹簧质量系统。质量通过等效弹簧连接到加速度传感器的基座。由于质量和基部之间的力与质量的加速度成比例，并且它们之间的相对距离与弹簧力成线性关系，因此可以通过测量质量或质量的相对位置来计算加速度。弹簧上的力随时间变化。通常，最常见的加速度传感器类型包括：压电，压阻，可变电容和可变磁阻。

弹簧质量系统

压电式

压电加速度传感器利用压电效应来测量质量块和传感器基座之间的相对距离，然后以输出电压的形式表示加速度。石英晶体有时用作传感元件。但是通常使用陶瓷压电材料，例如钛酸钡，锆钛酸铅（PZT）和偏铌酸铅。压电加速度传感器由于其紧凑的尺寸和较轻的重量而被广泛使用，但是它们不能用于测量稳态加速度。

压阻式

在压阻式加速度传感器中，压阻材料的位置应使其通过改变其电阻的质量位置而变形。这种类型的加速度传感器通常具有较小的尺寸，较大的信号幅度和良好的线性度，但是它可能对温度变化敏感。压阻传感器可用于测量稳态和动态加速度。

可变电容

可变电容加速度传感器利用由质量的位移引起的电容变化来检测其位置。此处通常使用的传感元件是空气阻尼的相对平板电容器。这些类型的加速度传感器具有良好的灵敏度，线性输出，良好的直流响应，低功耗和低温灵敏度。可变电容传感器的一个缺点是它们容易受到电磁干扰。

可变磁阻

可变磁阻加速度传感器利用由磁性材料制成的质量块的位移引起的线圈电感的变化来检测质量块的位置。

在大多数加速度传感器中，弹簧不是盘簧，而是一种将质量恢复到初始位置的东西。一些传感器采用摆锤或隔膜代替弹簧。

伺服力平衡传感器以闭环方式运行。这些传感器监视质量和弹簧之间的力平衡，并使它们保持平衡状态。这种机制使由弹簧的非线性引起的误差最小化，但是增加了成本。

MEMS加速度传感器：基于MEMS（微机电系统）技术的加速度传感器在汽车系统中越来越受欢迎。与其他技术相比，MEMS设备相对较小且坚固。它们是通过在硅晶片上蚀刻微小的机械结构制成的，这些结构很容易与系统电子器件集成在一起。

MEMS加速度传感器结构

在MEMS加速度传感器中，敏感元件是差分电容器的梳状结构，该电容器并联布置在由从硅衬底蚀刻的弹簧支撑的梁（形成地震质量）上。差分电容器形成由高频方波发生器驱动的电容性半桥。当垂直于地震质量施加加速度时，差分电容器不匹配，并且中心板上出现非零电压。该信号被预放大，解调，放大并作为与施加的加速度成比例的电压输出。

加速度传感器在汽车上的应用：

碰撞检测和安全气囊展开：测量碰撞强度和发出信号以启动安全气囊展开。

电子稳定程序和控制：测量沿各个轴的加速度（例如，向前，制动和转弯加速度，以计??算相对运动并进行调节）。

防抱死制动系统。

主动悬架系统：测量纵向和横向加速度以及车辆侧倾特性，以相应地改变阻尼器特性。

坡道下降/保持控制：测量车辆的倾斜度和速度以调节系统。

监测噪音，振动和恶劣环境。

车辆导航系统，用于确定车辆的位置，速度等

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