加速度计类型简介

定义

中文名称：加速度传感器

英文名称：acceleration transducer

定义：能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器

应用学科：机械工程（一级学科）；传感器（二级学科）；物理量传感器（三级学科）。

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）改进的。另一种就是线加速度计。[1]

2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。加速度传感器网为客户提供压阻式加速度传感器/压阻加速度计各品牌的型号、参数、原理、价格、接线图等信息。

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。

线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。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、滤波就是电路的事了。

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了其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。每种技术都有各自的机会和问题。

压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点，这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器2000年的市场规模约为4.2亿美元，根据有关调查，预计其市值将按年平均4.1%速度增长，至2007年达到5.6亿美元。这其中，欧洲市场的速度最快，因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。

压电技术主要在工业上用来防止机器故障，使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护，及避免对工人产生意外伤害，这种传感器具有用户，尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域，很多用户尚无使用这类传感器的意识，销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多，因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。如果这些问题能够得到解决，将会促进压电传感器得到更快的发展。2002年压电传感器市值为3亿美元，预计其年增长率将达到4.9%，到2007年达到4.2亿美元。

使用加速度传感器有时会碰到低频场合测量时输出信号出现失真的情况，用多种测量判断方法一时找不出故障出现的原因，经过分析总结，导致测量结果失真的因素主要是：系统低频响应差，系统低频信噪比差，外界环境对测量信号的影响。所以，只要出现加速度传感器低频测量信号失真情况，对比以上三点看看是哪个因素造成的，有针对性的进行解决[5]。

5技术指标

[6]1、灵敏度方面的技术指标：对于一个仪器来说，一般都是灵敏度越高越好的，因为越灵敏，对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到，加速度变化大，很自然地，输出的电压的变化相应地也变大，这样测量就比较容易方便，而测量出来的数据也会比较精确的。

2、带宽方面的技术指标：带宽指的的是传感器可以测量的有效的频带，比如，一个传感器有上百HZ带宽的就可以测量振动了；一个具有五十HZ带宽的传感器就可以有效测量倾角了。

3、量程方面的技术指标：测量不一样的事物的运动所需要的量程都是不一样的，要根据实际情况来衡量。

解析手机上的传感器

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。因此其的范围比重力感应器要大，但是一般在手机被提到的加速度感应器时，其实就是指重力感应器，因此两者可以看做是等价的。

方向感应器

手机方向传感器是指，安装在手机上用以检测手机本身处于何种方向状态的部件，而不是通常理解的指南针的功能。

手机方向检测功能可以检测手机处于正竖、倒竖、左横、右横，仰、俯状态。具有方向检测功能的手机具有使用更方便、更具人性化的特点。例如，手机旋转后，屏幕图像可以自动跟着旋转并切换长宽比例，文字或菜单也可以同时旋转，使你阅读方便;听MP3时。可能会有人说：这个跟那个重力感应器是一样的？

这个两者是不一样的，方向感应器或者叫应用角速度传感器比较合适，一般手机的上的方向感应器是感应水平面上的方位角、旋转角和倾斜角的。这个如果你可能觉得有点理论的话，举个例子吧。有方向感应器的能很好的玩都市赛车游戏。而只有重力感应器也能玩，但是，结果很令人纠结。

为了得到高度真实的试验数据，使用者应当全面地了解所用仪器的工作特性，这些特性是怎样互相影响的，整个环境对这些特性是如何影响的，以及加速度计对被测运动是如何影响的。

加速度计是关键的测量元件，有多种设计型式供选用。每种设计型式都为某些特定用处设计的，目的是为获得高保真的测量数据。

工程师们应认真地分析测量的要求，选用最合适的加速度计，通常要在灵敏度，重量和频响范围三者之间比较，做出最合适的选择。

传感器主要工作特性分为有效响应与乱真响应两类。

●有效响应effective response

在传感器灵敏轴方向上，由输入的机械振动或冲击所引起的传感器的响应。这种响应是正确使用传感器进行测量，取得可靠数据所期望的。

●乱真响应spurious response

在使用传感器测量机械振动或冲击时，由同时存在的其他物理因素所引起的传感器的响应。这种响应是干扰正确测量的，是不期望的。（见国家标准GB/T 13823.1-93）有效响应主要有：

灵敏度；幅频响应和相频响应；非线性度。

乱真响应主要有：

温度响应；瞬变温度灵敏度；横向灵敏度；旋转运动灵敏度；基座应变灵敏度；磁灵敏度；安装力矩灵敏度；对特殊环境的响应。（见国家标准GB/T 13823.1-93）

●灵敏度：（Sensitivity）

指定的输出量与指定的输入量之比。

●参考灵敏度：（Reference Sensitivity）

在给定的参考频率和参考幅值下传感器的灵敏度值。

传感器灵敏度越高，测量系统的信噪比就越大，系统就不易受静电干扰或电磁场的影响。对某种具体的加速度计设计型式来说，灵敏度越高，则传感器越重，共振频率也越低。因此选用多大灵敏度受其重量和频率响应的制约。

一般情况下，传感器的灵敏度包括幅值与相位两个信息，是随频率变化的复数量。

●幅频响应和相频响应

在输入的机械振动量值不变的情况下，传感器输出电量的幅值随振动频率的变化，称为幅频响应。而输出电量的相位随振动频率的变化，称为相频响应。

在工作频段内连续地改变振动频率，且维持输入的机械振动量幅值不变，同时观测传感器的输出，便可测定幅频响应。若同时测量传感器输出电量与输入机械振动量间的相位差，则又可测定相频响应。

一般情况下，只要求知道幅频响应。在接近传感器上、下限频率处使用传感器，或有要求时，则必须知道相频响应。

●非线性度

在给定的频率和幅值范围内，输出量与输入量成正比，称为线性变化。实际传感器的校准结果与线性变化偏离的程度，称为该传感器的非线性度。

在由最小值到最大值的传感器动态范围内，逐渐增大输入的机械振动量，同时测量传感器输出幅值的变化，便可测定传感器的输出值与线性输出值的偏差量。在使用正弦振动发生器进行测定时，可在传感器的工作频率范围内选定几个频率进行，以覆盖传感器整个动态范围。

一般在传感器动态范围的上限附近传感器的输出值与线性值的偏差量最大。所允许的偏差量取决于具体测量的要求。

对压电加速度计，一般用在一定的加速度范围内，其灵敏度增加的百分数来表示非线性度。压阻式，变电容式加速度计在其动态范围内线性度较好，它代表了非线性、滞后和非重复性的综合值。

●质量负载的影响

如果加速度计的动态质量接近被测结构物的动态质量，则会使振动产生明显的衰减。为此在诸如印刷电路板等又薄又轻的片状构件上测振时，为了得到准确的数据必须采用重量

轻的加速度计。如果被测物件呈现单自由度的响应，则加速度计将使其共振频率下降。在所有的模态试验中必须使用微型加速度计。

●低频响应

使用压电加速度计时，所用放大器低频截止频率多为2－5Hz，目的是以此来剔除许多压电传感器的热释电输出。像隔离剪切式设计等隔离性好的设计型式可用在较低的频率。压阻式和变电容式加速度计则具有零频响应。

●高频响应

加速度计的高频响应随加速度计的机械性能和安装方法而变。在安装牢固时，大多数加速度计呈现无阻尼单自由度系统的频响特性。以±5%为要求的话，其频率响应约平整到安装共振频率的五分之一。如果加适当的修正因数，则可在更高的频率上得到有用的数据。

●温度响应

传感器灵敏度随温度的变化，称为传感器的温度响应。用测试温度下的灵敏度与室温下的灵敏度之差相对于室温灵敏度的百分数来表示。

常用压电加速度计的温度范围为零度以下至+177°C 或+260°C。某些特定型号，低温可达绝对零度，高温可达760°C。很多种压电加速度计设计型式在很宽的温度范围内的温度响应很平。压阻式、变电容式加速度计的典型温度范围为－18°C～+93°C。

●压电传感器的瞬变温度灵敏度

具有热释电效应的传感器在瞬变温度作用下将产生电输出，该输出的最大值与传感器灵敏度和温度改变量乘积的比值称为瞬变温度灵敏度。

在温度产生变化时，压电元件会产生输出信号，这称之为热释电效应。试件或气流温度的突变会引起这种温度变化。大多数情况下这种效应是很低频的，只有信号适调仪的响应在1赫以下，才能检测到。如果信号适调仪有级间高通滤波器，则应特别注意，热释电信号可能会使放大器饱和，使它短时间不工作。

基座隔离式，剪切式，隔离剪切式设计的热释电效应较小。压阻式，变电容式的这种效应是可以忽略的。

●横向灵敏度

对于单向测量来说，要求加速度计不得对被测物体的横向运动产生任何响应是十分必要的。但加速度计不可能是完美无缺的，总是有一定的横向灵敏度，它与横向振动的方向有关，其横向灵敏度一般为轴向灵敏度的1～5%。恩德福克对每个加速度计进行横向灵敏度校准并给出其最大值。

●横向灵敏度比

在与传感器灵敏轴垂直的方向上受到激励时传感器的灵敏度，称为横向灵敏度。横向灵敏度与沿灵敏轴方向上的灵敏度之比，称为横向灵敏度比。

●旋转运动灵敏度

某些直线振动传感器对旋转运动是敏感的。在进行试验时必须小心。以免造成测量误差。

●基座应变灵敏度

在传感器基座产生应变时会引起不应有的信号输出，该输出值与传感器灵敏度和应变值乘积的比值，称为基座应变灵敏度。

在某些试验中，加速度计安装处可能会存在动态弯曲、扭转、拉伸等。由于与应变区紧密接触，加速度计底座也会发生应变。部分应变会传给敏感元件，从而产生与振动运动无关的输出信号。

剪切式设计的加速度计要比压缩式的对基座应变的敏感程度小一个数量级。应用绝缘安装螺钉或粘贴式转接件可以减小这种影响。

●磁灵敏度

传感器被置于磁场中会产生的不应有的信号输出，该输出值与传感器灵敏度和磁场的磁感应强度乘积的比值，称为传感器的磁灵敏度。

●安装力矩灵敏度

采用螺纹安装的传感器，安装力矩的变化会引起灵敏度发生变化。施加1/2倍规定安装力矩或施加2倍规定安装力矩时的灵敏度与施加规定安装力矩时的灵敏度之最大差值，相对于施加规定安装力矩时灵敏度的比值的百分数，称为安装力矩灵敏度。

●特殊环境的响应

在强静电场、交变磁场、射频场、声场、电缆影响、核辐射等的特殊环境下，某些传感器会受到严重的影响，这些物理因素将引起传感器产生乱真响应。

6选型指南

输出型式

这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的，比如2.5V对应0g的加速度，2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制（PWM）信号。

如果你使用的微控制器只有数字输入，比如BASIC Stamp，那你就只能选择数字输出的加速度传感器了，但是问题是你必须占用额外的一个时钟单元用来处理PWM信号，同时对处理器也是一个不小的负担。

如果你使用的微控制器有模拟输入口，比如PIC/AVR/OOPIC，你可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器，所需要的就是在程序里加入一句类似"acceleration=read_adc()"的指令，而且处理此指令的速度只要几微秒。

测量轴数量

对于多数项目来说，两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了。对于某些特殊的应用，比如UAV，ROV控制，三轴的加速度传感器可能会适合一点。

最大测量值

如果你只要测量机器人相对于地面的倾角，那一个±1.5g加速度传感器就足够了。但是如果你需要测量机器人的动态性能，±2g也应该足够了。要是你的机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现，那你需要一个±5g的传感器。

灵敏度

一般来说，越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感，输出电压的变化也越大，这样就比较容易测量，从而获得更精确的测量值。最小加速度测量值也称最小分辨率，考虑到后级放大电路噪声问题，应尽量远离最小可用值，以确保最佳信噪比。最大测量极限要考虑加速度计自身的非线性影响和后续仪器的最大输出电压，估算方法：最大被测加速度×传感器的电荷/ 电压灵敏度，以上数值是否超过配套仪器的最大输入电荷/ 电压值，建议如已知被测加速度范围可在传感器指标中的“参考量程范围”中选择（兼顾频响、重量），同时，在频响、重量允许的情况下，灵敏度可考虑高些，以提高后续仪器输入信号，提高信噪比。

7带宽

这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟，传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用，50HZ的带宽应该足够了，但是对于需要进行动态性能，比如振动，你会需要一个具有上百HZ带宽的传感器。

电阻/缓存机制

对于有些微控制器来说，要进行A/D转化，其连接的传感器阻值必须小于10kΩ。比如加速度传感器的阻值为32kΩ，在PIC和AVR控制板上无法正常工作，所以建议在购买传感器前，仔细阅读控制器手册，确保传感器能够正常工作。

累积误差

加速度传感器通过在一个时间段内测量一次加速度，然后根据以前累积下来的速度（包括速率和方向）和位置，计算前一段时间的总位移和终点速度。如此反复计算就可以得到结果。

很明显，取样时间缩短，精度会提高。但这会受到一些技术限制，比如计算机运算速度跟不上；加速度传感器本身存在响应时间等等。此外，由于速度和位置总是累加的，这就存在累积误差，时间长了，总的精度就下降得很大。

8安装注意事项

加速度传感器的自然频率由粘接的耦合程度决定，选择正确的粘合剂将是很重要的一步。有些重要的问题是必须要考虑的是：加速度传感器的重量，测试时的频率和带宽，测试时的振幅和温度。还要考虑一些测试过程中会出现的问题：正弦曲线的受限和测试中出现的随机振动。通常，工程师和技师将会根据测试不同的需求选择合适的粘接剂来粘接加速度传感器。

加速度传感器的粘接安装用到的粘接剂一般有氰基丙烯酸盐,磁铁，双面胶带，石蜡，热粘接剂等，问题的关键在于如何能够有效的使用这些粘接剂。在加速度传感器的粘接过程中，粘合剂的使用量对在加速度传感器能否达到良好的频率响应中起到很关键的作用。在一块小的薄膜上尽可能的用最少的粘接剂粘接加速度传感器将会使得加速度传感器频率响应传送性最好。在安装传感器之前要用碳氢化合溶液来清洁其要安装的表面，在安装传感器的时候通常要用到氰基丙烯酸盐, 磁铁，双面胶带，石蜡，将其均匀地涂抹在粘接加速度计被粘表面，不能太厚或太薄，合适的厚度会起到良好的粘接效果。热粘接剂的使用有很多的注意事项，最重要的是要注意安装过程中热粘接剂的凝固时间。

当然我们用粘接安装时需要注意的是在接近最大极限温度时最好不要用粘接剂，应该延迟一段时间再使用，否则会使粘接剂本身被损坏，导致粘接剂抗拉强度降低。无论如何当我们要用粘接法安装加速度传感器时所有极限因素都要考虑进去。同样，以上加速度传感器的安装只是针对大部分情况而言，一些特殊设备上测量加速度需要用到最合适的传感器安装方式。[7]

9前景预测

咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。

一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、

MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。

全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

电容传感器有望有一个强劲的增长，2004年后增长将会更快，估计从1997年到2007年综合年增长率为5.9%,其中最高可达33.2%，其市值2000年为0.75亿美元，到2007年将达到1.1亿美元。来自欧洲和北美洲的汽车业和工业用户是这些产品的主要购买者。2000年的市场上北美占40.4%，欧洲占48.9%。汽车行业使用电容式传感器主要用于安全系统、轮胎磨损监测、惯性刹车灯、前灯水准测量、安全带伸缩、自动门锁和安全气囊。对于设计人员来说，电容式传感器是非常有吸引力的，因为它无需接触待测物，所以不必挤进狭窄的空间中。

10最新发展

随着智能手机等的普及，要求设备具备更高的功能和可设计性，在这种情况下，对组件的高度集成化和小型化的需求强劲。另外，高性能化导致电池的消耗增加，因此，对于搭载在设备上的各种元器件，要求具备更低的功耗。业界最小尺寸的加速度传感器最高分辨率达到14bit，具有低功耗、耐冲击性高及可编程的待机唤醒功能，能够进行倾斜检测、运动检测等；而另外一款高性能、低功耗、低成本、低噪音的加速度传感器具有高稳定性，最高分辨率达4bit的特点，可高精度倾斜检测、运动检测等，此两种设备主要应用于智能手机、平板/笔记本电脑、数码相机、游戏机及其他小型民生设备。

智能手机和游戏机等具有更多感官性运动的设备操作需求高涨，另外，出现了智能电视用的运动遥控等新需求。在这些运动检测中，使用了历来使用的加速度传感器，还增加了陀螺仪，提高了操作感受。小型封装陀螺仪采用FIFO缓冲区，可减少来自微控制器的访问频率，具备旋转运动检测功能。而随着加速度传感器、陀螺仪进一步普及，同时在小型设备中使用案例日益增加。单芯片化以及在1个系统的通信接口一起使用2个传感器的需求不断增加。小型封装的3轴加速度传感器和3轴陀螺仪的复合传感器的渐渐出现，不但具有以上小型封装陀螺仪的各种特点和功能，同时还拥有业界领先的低耗电量，仅为4mA。他们多应用于智能手机、平板电脑、游戏机、遥控器、PND及其他小型民生设备。[8]

压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。

压电材料

压电材料一般可以分为两大类，即压电晶体和压电陶瓷。在压电型加速度计的最常用的压电晶体为石英，其特点为工作温度范围宽，性能稳定，因此在实际应用中经常被用作标准传感器的压电材料。由于石英的压电系数比其他压电材料低得多，因此对通用型压电加速度计而言更为常用的压电材料为压电陶瓷。压电陶瓷中锆钛酸铅(PZT)是目前压电加速度计中最经常使用的压电材料。其特点为具有较高的压电系数和居里点，各项机电参数随温度时间等外界条件的变化相对较小。必须指出的是，就同一品种的压电陶瓷而言，虽然都有相同的基本特性，但由于制作工艺不同可以使两个相同材料的压电陶瓷的具体性能指标相差甚大。这种现象可以通过典型的国产传感器和进口传感器的比较得以反映，国内振动测试业几十年的经验对此深有体会。·传感器敏感芯体的结构形式

压电加速度传感器的敏感芯体一般由压电材料和附加质量块组成，当质量块受到加速度作用后便转换成一个与加速度成正比并加载到压电材料上的力，而压电材料受力后在其表面产生一个与加速度成正比的电荷信号。压电材料的特性决定了作用力可以是受正应力也可以是剪应力，压电材料产生的电荷大小随作用力的方向以及电荷引出表面的位置而变。根据压电材料不同的受力方法，常用传感器敏感芯体的结构一般有以下三种形式：

1)压缩形式–压电材料受到压缩或拉伸力而产生电荷的结构形式。压缩式敏感芯体是加速度传感器中最为传统的结构形式。其特点是制造简单方便，能产生较高的自振谐振频率和较宽的频率测量范围。而最大的缺点是不能有效地排除各种干扰对测量信号的影响。

2)剪切形式–通过对压电材料施加剪切力而产生电荷的结构形式。从理论上分析在剪切力作用下压电材料产生的电荷信号受外界干扰的影响甚小，因此剪切结构形式成为最为广泛使用的加速度传感器敏感芯体。然而在实际制造过程中，确保剪切敏感芯体的加速度计持有较高和稳定的频率测量范围却是传感器制造中工艺中最为困难的一个环节。北智

BW-Sensor 采用进口记忆金属材料的紧固件从而保证传感器具有稳定可靠的谐振频率和频率测量范围。

3)弯曲变形梁形式- 压电材料受到弯曲变形而产生电荷的结构形式。弯曲变形梁结构可产生比较大的电荷输出信号，也较容易实现控制阻尼;但因为其测量频率范围低，更由于此

结构不能排除因温度变化而极容易产生的信号漂移，所以此结构在压电型加速度计的设计中很少被采用。

原理

1.电荷灵敏度

加速度计一般采用PZT压电陶瓷材料，利用晶体材料在承受一定方向的应力或形变时，其极化面会产生与应力相应的电荷，压电元件表面产生的电荷正比于作用力，因此有

Q=dF

其中，Q为电荷量，d为压电元件的压电常数，F为作用力。

加速度计的电荷灵敏度则是加速度计输出的电荷量与其输入的加速度值之比。电荷量的单位取pC，加速度单位为m/s2。(1g=9.8m/s2)

2.电压灵敏度

如果要换算加速度计的电压灵敏度，则可用下面公式得到

Sq

Sa = (v/ms-2)

Ca

Sq为电荷灵敏度，单位pC/ms-2;Ca为电容量，单位pF。Sa电压灵敏度单位V。

3.频率响应

(1)谐振频率，为加速度计安装时的共振频率，随产品附有谐振频率曲线(低频传感器不附图)。

(2)频率响应一般采用谐振频率的1/3—1/5。加速度计频响在1/3谐振频率时，频响与参考灵敏度偏差≤1dB，(误差<10%)。频响在1/5谐振频率时，频响与参考灵敏度≤ 0.5dB(误差<5%)。

我公司传感器频响均以1/3谐振频率计算。

4.最大横向灵敏度比

加速度计受到垂直于安装轴线的振动时，仍有信号输出，即垂直于轴线的加速度灵敏度与轴线加速度之比称横向灵敏度。

5. 电荷输出的压电式加速度计配合电荷放大器，其系统的低频响应下限主要取决于放大器的频响。

(一)安装方式

用加速度计进行测量，为使数据准确和使用方便，可使用多种方法安装，现介绍几种供选用。

1.螺钉安装

KD系列加速度计有M5、M3安装孔及传感器自带螺栓等形式，以M5孔居多。加速度计随产品附有安装螺钉。使用螺钉安装，它的使用频率响应可近似原标定的频率响应，且称刚性安装。

螺钉安装是在允许打孔的被测物上沿振源轴线方向打孔攻丝。

2.粘接安装

在被测物体不允许钻孔时，可使用各种粘接剂，如“502”、环氧树脂胶、双面粘胶带、橡皮泥。应注意，前二种方法的使用频率接近刚性安装方法，后两种一般用于低频现场，且会使被测频率大大降低。粘接方法不适合冲击测量。

3.磁座

磁座的优点是不破坏被测物体，移动方便。但是应考虑用磁座测试会使加速度计的使用频率响应有所下降(磁座在使用时要将短路片拆卸掉!)，可能低于三分之一。

使用时应先在被测物上安装磁座，再拧上传感器，或者将二者轻轻吸附于被测物上。冲击状态会使传感器产生电荷积累，影响测试精度。

4.云母片/四氟膜

云母片安装有两个作用，隔热、绝缘。对高温状态试件，可用厚度<0.1毫米的云母片垫置，其加速度计频率响应会略有降低。对试件与加速度计间的绝缘，云母与四氟是最佳材料。

5.三向传感器为螺丝穿过通孔安装，侧端螺纹供检测或测试用

(二)注意事项

1.传感器的底面经研磨光洁度<3μm，用户也应对被测构件的表面打磨，提高光洁度及平整度。测试构件的安装孔要配合螺栓确定深度，安装力矩要合适，在传感器与构件结合面中，最好涂上一层硅脂，增加接触，且对传感器的高频响应也会有所改善

2.安装工装及保护

为适合特殊的现场，有时要自制一些加速度计安装块。

传感器如需浮置，可采取绝缘材料的安装转接块，使其与被测物绝缘，或选用绝缘型产品。在潮湿处使用，需对接线插头部位采取密封措施，以保证加速度计的绝缘良好，建议采用703硅胶涂抹。在水中使用要选用防水型产品。

工业现场在线安装可采用保护罩防护的安装形式。

3.振动测量可不必考虑加速度计极性，冲击测量时，应了解后续三次仪表是否对极性有要求。

4.用螺安装的传感器推荐安装力矩为3Nm。

5.对大型超低频传感器(如KD14000L/KD12000L)螺钉安装时，用手轻拧即可。该类传感器水平任意面均可利用自重进行地脉动测试。

可特制或采用浮动型传感器，以对地绝缘。

加速度计的维护

加速度计是精密换能仪器，必须妥善保管。为防止跌落时产生的大冲击损坏传感器，尤其是大结构传感器(如防水型、低频高灵敏度)要特别注意!

为了保证其压电传感器的高阻抗性，要求用户使用或储存传感器时应防止水浸、水汽，尽量置干燥处,防止插座部位污染,不得自行拆开传感器。

加速度计不得超过在本说明书技术中规定的条件下使用，在重要实验前或大的冲击、振动后，建议对加速度计进行复验。

微加速度传感器的研究现状及发展趋势

微加速度传感器的研究现状及发展趋势 摘要：介绍了为加速度传感器的研究现状、基本原理及其分类和发展趋势。重点论述了为加速度传感器的特点和它在民用领域和军用领域的不同应用，并对微加速度传感器领域内一些新的进展进行了讨论，指出了微加速度传感器的发展趋势。 关键词：MEMS 微加速度传感器 应用 发展趋势 Research and Development of Microaccelerometer Abstract：The research situation, the basic principle,classification and its development trend of acceleration sensor are introduced.The characteristics and application in civil areas and military field are discussesed, and some new progress to the micro acceleration sensor field are discussed.The development trend of micro acceleration sensor is proposed. Keywords：MEMS Micro acceleration sensor Applications Development trend 0前言 20世纪40年代初，德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。此后的半个多世纪以来，由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，其性能和精度也有了很大的完善和提高。 加速度计面世后一直作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。这时候的加速度计整个都很昂贵，使其他领域对它很少问津。 这种状况直到微机械加速度计(Micro Mechanical Accelerometer，MMA)的问世才发生了改变。随着微机电系统技术的发展，微加速度计制作技术越来越成熟，国内外都将微加速度计开发作为微机电系统产品化的优先项目。微加速度计与通常的加速度计相比，具有很多优点：体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等。它可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域，具有广阔的应用前景。 当前国内在加速度技术上仍沿用传统的压电技术，精度停留在5×10-5g水平上，而且尺寸偏大，重量偏重，影响我国惯导技术的先进性。近年来国内虽然有多个单位MEMS微加速度计进行了研究，但在精度上仍未取得突破，大体上只能达到10-1g的水平。 1微加速度传感器概述及发展现状 1.1微加速度传感器的工作原理 MEMS加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，在单晶硅片上制造出来的微机电系统，包括微机械加速度计、微机械陀螺仪和微惯性测量组合(MIMU)。微加速度传感器的工作原理是经典力学中的牛顿定律，其功能是测量运动物体(如车辆、飞机、导弹、舰艇、人造卫星等)的质心运动和姿态运动，进而可以对运动物体实现控制和导航。MEMS微加速度传感器与非MEMS为加速度传感器相比，其体积和价格可减少几个数量级，对国防具有重大战略意义。基于MEMS加速度传感器建低成本、高性能的微型惯性导航系统正在成为当前惯性技术领域的一个研究热点。

MEMS传感器研究现状和发展趋势

MEMS传感器研究现状和发展趋势摘要：微型化、集成化及智能化是当今科学技术的主要发展方向。随着微机电系统（MicroElectroMechanicalSystem，MEMS）和微加工技术的发展，微型传感器也随之迅速发展。介绍了MEMS传感器概念及种类，并对其研究现状、应用领域进行了分析总结和介绍。最后，对MEMS传感器的一些发展趋势进行了论述和展望。 关键词：MEMS；传感器；微系统 0引言 MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。第一个微型传感器诞生于1962年，至此开启了MEMS 技术的先河[1]。此后，MEMS传感器作为MEMS技术的重要分支发展速度最快，长期受到美、日、英、俄等世界大国的高度重视，各国纷纷将MEMS传感器技术作为战略性技术领域之一，投入巨资进行专项研究。随着微电子技术、集成电路和加工工艺的发展，传感器的微型化、智能化、网络化和多功能化得到快速发展，MEMS传感器逐步取代传统的机械传感器，占据传感器主导地位，并在消费电子、汽车工业、航空航天、机械、化工、医药、生物等领域得到了广泛应用。 1MEMS传感器及分类 从微小化和集成化的角度，MEMS（或称微系统）指可批量制作的、

集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等于一体的微型器件或系统[2]。微机电系统（MEMS）是在微电子技术的基础上发展起来的，融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。是20世纪末、21世纪初兴起的科学前沿，是当前十分活跃的研究领域，涉及多学科的交叉，如物理学、力学、化学、生物学等基础学科和材料、机械、电子、信息等工程技术学科[3]。该领域研究时间虽然很短，但是已经在工业、农业、机械电子、生物医疗等方面取得很大的突破，同时产生了巨大的经济效益。 1.1MEMS传感器 MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器，是MEMS 器件的一个重要分支。依赖于MEMS技术的传感器主要有以下技术特点：1）微型化：体积微小是MEMS器件最为明显的特征，其芯片的尺度基本为纳米或微米级别。2）多样化：MEMS的多样化主要表现在其工艺、应用领域及材料等方面。3）集成化：通过MEMS工艺，可以实现对功能、敏感方向不同的多个传感器的集成，形成微传感器阵列或微系统。4）尺度相应现象：MEMS芯片尺度的缩小，对原有理论基础带来了较大影响，如力的尺寸效应、微摩擦学、微构造学、微热力学等，都需要更加深入的研究。5）批量化：MEMS器件与微电子芯片相似，可进行大批量生产且生产成本不高，有利于MEMS 产品工业化规模经济的实现。 1.2MEMS传感器典型分类

加速度传感器研究现状

加速度传感器研究现状 【摘要】加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。介绍了加速度传感器的产生，加速度传感器的应用和原理和加速度传感器的未来发展趋势。随着传感器的发展加速度传感器加速度传感器未来发展态势喜人，加速度传感器的应用也越来越普遍，生活中好多地方都应用到。本论文论述我加速度传感器的各方面应用和未来发展态势。 Acceleration sensor is capable of measuring acceleration of electronic devices. Describes the generation of acceleration sensor and acceleration sensor and acceleration sensor applications and principles of the future development trends. With the development of sensors accelerometer gratifying trend of future development, acceleration sensor applications are increasingly common, many places in life are applied to. This paper discusses various aspects of my application acceleration sensor and the future development trend. 【关键字】加速度传感器，工作原理，应用，发展态势

微机械加速度计的国内外发展概述

微机械加速度计的国内外发展概述 摘要：加速度计是惯性测量和导航系统的主要惯性元件之一。随着微电子加工技术向惯性技术的渗透，硅微加速度计已逐渐崭露头角并受到广泛的关注。作为一种新型惯性传感器，它在体积、重量、成本、功耗、可靠性和寿命等方面都具有同传统加速度计无可比拟的优势而且硅微型加速度计还可以和硅微型陀螺仪组合，构成微型惯性测量组合（MIMU）单元，用于战术武器、智能炮弹的制导系统，以及微小型卫星的测控定位系统，以及汽车、机器人等的测控系统中，是现在社会发展中广泛使用的一种仪器，因而对于该系统的研究和发展对于国防军事生产以及生活起着至关重要的作用。 正文： 一、微机械加速度计的分类简介及用途。 微机械加速度计是继微压力传感器后第二个进入市场的微机械传感器，可以通过积分来提供速度和位移信息。以微机械即速度计为核心的系统发展可广泛的应用于军事的发展中。由于微机械加速度计以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，将电子原件和机械原件集成在一块芯片上，具有体积小、质量轻、成本低、能耗低、集成度高等一系列的优点。而且其精度也再不断提高。微机械惯性仪表已从汽车工业、消费类电子产品、高速铁路、机器人、工业自动化等民用领域扩展到了航空航天惯性导航单元、战术导弹中段制导、引信等国防领域中。由于未来武器向着小型化、数字化、智能化方向发展，以及微纳米技术的发展和国防建设及国民经济建设对于中低精度惯性仪表的需求，微机械加速度计为主的仪表仪器将在未来的微惯性领驭中起到举足轻重的作用。微机械加速度计的种类较多，以下为对于机械加速度计的详细分类： （1）按照质量的运动方式来划分的微机械加速度计分类如下： （2）按照检测质量的支承方式来划分的为机械加速度计分类如下：