FYC-M21超高温加速度计

FYC-M21系列

超高温加速度计说明书

一、简介

FYC-M21系列加速度计由我司自行研制，用于测量加速度的传感器。它采用进口高精度MEMS-IC芯片，具有BIMOS信号限制电路。设计考虑多用户的需求，制造采用表贴工艺技术。具有高可靠性和高封装坚固性，并具有自检测（Self-Test）功能，可实现BIT（Built-In-Test）检测。

本产品可用于超高温度环境（-55～+175℃），油井测控、汽车测控、惯性导航、飞行器安全系统、地震监控、倾斜、速度和位置的惯性、振动和冲击试验台加速度的测量等系统中。

二、原理

FYC-M21系列加速度计是建造在硅晶片顶部的表面MEMS多硅结构。多晶硅簧片悬浮在晶片表面的结构，并提供一个克服加速度感应力的阻力。用包含两个独立的固定板和一个与运动质块相连的中央板形成的差动电容器机构来测量比例于加速度的多硅结构的偏转，从而产生电压输出信号。

三、技术条件

1、型号 FYC-M21

2 、轴数双

3、供电

3.1 供电电压（VDC） +8～+15

3.2输入电流(mA) 5

4、性能

4.1测量范围(g) ±6

4.2 零g偏置电压(V) 2.5±0.1注②

4.3 输出灵敏度(mV/g) 318±16

4.4偏置温漂( mg/℃) 0.3

4.5非线性度(％FS) 0.5

4.6分辨率(g) 1×10-3

4.7带宽(Hz，可调) 50

4.8噪声密度（ g/ 110

4.9自检测（Self-Test）

ST输入电压(V) +5

输出响应(mV,敏感轴向) 250

4.10启动时间(ms) 20

5、工作环境

5.1使用温度(℃) -55～+175 5.2耐加速度：

5.2.1任意轴,不供电,0.5ms(g) 500

5.2.2任意轴,供电,0.5ms(g) 500

加速度传感器和压电式传感器应用

加速度传感器及压电式传感器应用 摘要：加速度传感器是一种惯性传感器,它能感受加速度并转换成可用输出信号，被广泛用于航空航天、武器系统、汽车、消费电子等。通过加速度的测量，本文简单介绍了加速度传感器的种类、原理及相关应用并着重介绍了压电式加速度传感器。 关键词：加速度，传感器，应用 一加速度传感器概况 加速度检测是基于测试仪器检测质量敏感加速度产生惯性力的测量，是一种全自主的惯性测量，加速度检测广泛应用于航天、航空和航海的惯性导航系统及运载武器的制导系统中，在振动试验、地震监测、爆破工程、地基测量、地矿勘测等领域也有广泛的应用。 测量加速度，目前主要是通过加速度传感器（俗称加速度计），并配以适当的检测电路进行的，在(1～64)Hz的设备频率下典型的加速度测量范围为(0．1～10)g。。加速度传感器的种类繁多，依据对加速度计内检测质量所产生的惯性力的检测方式来分，加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等；按检测质量的支承方式来分，则可分为悬臂梁式、摆式、折叠梁式、简支承梁式等。多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的，当输入加速度时，加速度通过质量块形成的惯性力加在压电材料上，压电材料产生的变形和由此产生的电荷与加速度成正比，输出电量经放大后就可检测出加速度大小。下表为部分加速度计的检测方法及其主要性能特点。 型式测量范围灵偏稳定性分辨力特点 压电式(5~)g (~)g(~)g固有频率较高，用于冲击 及振动测量，大地测量及 惯性导航等 应变式± (0.5~200)g 低频响应较好，固有频率低，适用于低频振动测量 压阻式± (20~)g 灵敏度较高，便于集成化，耐冲击，易受温度影响 液浮摆式±(1~15)g (~)g(~)g带力反馈和温控，分辨力 高，成本较高，适用于惯 性导航

应力与应变概念及实验应变片原理

（ ，那么 。

或者

化，应变片的电阻变化就用该电路来测量。 惠斯通电桥由四个同等阻值的 或 ， 有应变（形变）产生时，记应变片电阻的变化量 : ，即： 所以如果测

变片，在电子行业的应变测量中不经常使 如下图所示。 R4则上面的式子可写成下面的形式

）处于相同的温度条件下，由温度引 动态模拟法是最理想的温度补 为了解决这个问题，

在热膨胀系数为βs的被侧物表面贴上敏感栅热膨胀系数为βg的应变片。则温度每变化1℃，其所表现出来的应变εT如下式所示： 其中，α：电阻元件的温度系数；K5：应变片的应变片常数 上式中，K5为由敏感栅材料决定的应变片常数，βs、βg分别为由各自材料决定的被测物与敏感栅的热膨胀系数，这三项均为定值，则通过调整α就可以使由温度引起的应变变为零。此时， 在箔材的制作过程中可以通过热处理对α的值进行控制。而且它是与特定的被测物的热膨胀系数βs相对应的，如果用在不适用的被测物时，不仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误差。 导线的温度补偿 使用自我温度补偿片可以解决应变片所受的温度影响问题。但是从应变片到测量仪之间的导线也会受到温度的影响，这个问题并没有解决。如图a所示单应变片双线的联接方式将导线的电阻全部串联入了应变片中。导线较短时不会有太大的问题，但如果导线较长就会产生影响。 为了减小导线的影响，可以使用3 线联接法。如图b所示，在应变片导线的一根上再联上一根导线，用3根导线使桥路变长。 这种联接方式与双线式不同的地方是导线的电阻分别由电桥的相邻两边所分担。图b 中，导线电阻r1串联入了应变片电阻Rg，r2串联入了R2，r3成为电桥的输出端。这样，

电阻应变测量原理及方法

目录 电阻应变测量原理及方法 (2) 1. 概述 (2) 2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类 (3) 电阻应变片的工作原理 (3) 电阻应变片的构造 (4) 电阻应变片的分类 (5) 3. 电阻应变片的工作特性及标定 (8) 电阻应变片的工作特性 (8) 电阻应变片工作特性的标定 (13) 4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (16) 电阻应变片的选择 (16) 电阻应变片的安装 (17) 电阻应变片的防护 (19) 5. 电阻应变片的测量电路 (19) 直流电桥 (19) 电桥的平衡 (23) 测量电桥的基本特性 (23) 测量电桥的连接与测量灵敏度 (24) 6. 电阻应变仪 (31) 静态电阻应变仪 (31) 测量通道的切换 (33) 公共补偿接线方法 (36) 7. 应变-应力换算关系 (37) 单向应力状态 (37) 已知主应力方向的二向应力状态 (37) 未知主应力方向的二向应力状态 (38) 8. 测量电桥的应用 (40) 拉压应变的测定 (40) 弯曲应变的测定 (44) 弯曲切应力的测定 (46) 扭转切应力的测定 (47) 内力分量的测定 (48)

电阻应变测量原理及方法 1. 概述 电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。 电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电 路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1所示。测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。 电阻应变测量方法又称应变电测法，之所以得到广泛应用，是因为它具有下列优点 1．测量灵敏度和精度高。其分辨率达1微应变（με），1微应变=10-6应变（ε）。 2．测量范围广。可从1微应变测量到2万微应变。 3．电阻应变片尺寸小，最小的应变片栅长为毫米；重量轻、安装方便，对构件无附加力，不会影响构件的应力状态，并可用于应力梯度变化较大的应变的测量。 4．频率响应好。可从静态应变测量到数十万赫的动态应变。 5．由于在测量过程中输出的是电信号，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。 6．可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。 7．可制成各种高精度传感器，测量力、位移、加速度等物理量。 图1 用电阻应变片测量应变的过程

加速度计标定方案

加速度计标定过程 一、为避免多次安装引入误差，对加速度计只进行一次安装，将惯性组件的坐标系XYZ对 应安装到转台零位上，使惯性组件X轴与分度头x轴平行，Y与y平行，Z与z轴平行。 利用十二位置法对加速度进行标定，每个位置采样时间1分钟。 二、数据处理 1、采用以下误差项模型 其中，Ax,Ay,Az为参考加速度值，Na=[Nax.Nay,Naz]’为三敏感轴输出加速度值。Da=[Dax,Day,Daz]’为敏感轴的零位误差，Kax,Kay,Kaz为刻度因数。Eaxy,Eaxz,Eayx,Eayz,Eazx,Eazy为误差耦合因数。 2、在12个不同位置测量，各个位置比力表如下(单位:g)。根据比力表可得到12组参 考加速度值Ax,Ay,Az。

3、 每个位置上采样1分钟，并对每个位置所得数据取平均值，获得一组Nax.Nay,Naz ， 共有12组数。根据以上误差项模型，利用最小二乘法得最后有效系数 Kax,Kay,Kaz,Eaxy,Eaxz,Eayx,Eayz,Eazx,Eazy,Dax,Day,Daz 。 三、实验结果 利用MATLAB 编写最小二乘法程序，最后得到误差项模型数据如下。 a 1.00040.01200.00660.0016=0.0135 1.00100.00210.00250.00310.0008 1.01210.0534Kxx Exy Exz D x Eyx Kyy Eyz Day Ezx Ezy Kzz Daz -????????????????---???? 根据以下误差模型，利用实际测量的值Nax,Nay,Naz,便可得到实际值Aax,Aay,Aaz 。 -1a ax 0.99950.0120-0.0065a 0.0*-=-0.01350.9988-0.0020-0.00310.00080.9880Aax Kxx Exy Exz N x D N x Aay Eyx Kyy Eyz Nay Day Nay Aaz Ezx Ezy Kzz Naz Daz Naz ?????????????? ?????????????= ????????????? ???????????????????????????0200.0025-0.0528??????????

加速度计校准数据处理系统设计

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/2a15509290.html, 加速度计校准数据处理系统设计 作者：刘莹解启瞻魏玫 来源：《科技创新导报》2017年第33期 摘要：为满足大批量加速度计校准数据处理的高可靠性、高准确度和高效率的需求，基 于虚拟仪器技术和计算机技术，依据加速度计检定规程，设计了一种加速度计校准数据处理系统。测试结果表明：系统人机交互界面友好，能够快速处理大批量加速度计校准数据，大大节省了加速度计校准数据处理、证书出具和原始记录出具的人力和时间资源，实用性强。 关键词：加速度计校准数据处理虚拟仪器 中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0007-03 Abstract：To meet the high reliability， high accuracy and high efficiency need of calibration data processing for mass accelerometer， based on VI and computer technology， according to the V.R of accelerometer calibration， a kind of calibration data processing system for mass accelerometer has been developed. Testing results show that， the system has a friendly man-machine surface， and can quickly process large quantities of accelerometer calibration data. The system has very strong practicability. Key Words：Accelerometer； Calibration； Data processing； VI 加速度计通常与适调仪配用，用于振动与冲击加速度的测量[1]。在直升机领域内，加速 度计常被用做监控发动机故障和结构损伤等的感知设备，在航空航天、汽车电子、地质勘探等领域内，加速度计的应用也越来越广泛。通常，为保证加速度计能够获得准确的加速度测试数据，需周期性对其进行校准，维持加速度计的准确度，避免检测时误判[2]。但随着加速度计 的应用越来越广泛，加速度计的校准工作量也越来越大，对于计量工作者而言，经常一次就需要校准几十甚至是上百枚加速度计，校准完成后将会得到大量的校准数据，还需要进一步对这些校准数据进行数据处理和分析，根据数据分析结果判定所校加速度计是否合格，并出具原始记录和校准证书。而如果用传统的数据处理方法对每一个加速度计的校准数据进行分析处理，并手动调整数据格式使其满足原始记录和校准证书的要求是非常困难的，且单个加速度计的数据处理时间长，数据处理效率低，无法满足大批量加速度计的校准需求。 为此，本文根据加速度计的校准数据处理原理，针对加速度计的多参数、大批量校准的特点，以及对高可靠、高性能、高效率提出的要求，基于虚拟仪器技术和计算机技术，依据加速度计检定规程，构建一种高自动化的加速度计校准数据处理系统。 1 加速度计校准数据处理基本原理

力平衡加速度传感器原理设计t

力平衡加速度传感器原理设计 摘要：本文介绍了一种力平衡加速度传感器的原理设计方法。差容式力平衡加速度传感器在传统的机械传感器的基础上，采用差动电容结构，利用反馈原理把被测的加速度转换为电容器的电容量变化，将加速度的变化转变为电压值。使传感器的灵敏度、非线性、测量范围等性能得到很大的提高，使其在地震、建筑、交通、航空等各领域得到广泛应用。 关键词：加速度差容式力平衡传感器 加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。 1、加速度传感器原理概述 加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百 MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。 差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出

一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。 2、变间隙电容的基本工作原理 如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示： 由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是、A、的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物体位移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化 C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。 由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在

加速度计24位置标定

加速度计标定实验 1加速度计的数学模型 0)/cos(,)cos(,)cos(,)(j j x y z j j x j y j z K K A A A N -=++ 其中： j=x/y/z ； j N 为加速度计的输出； 0j K 为加速度计的零偏； //x y z A 为加速度计在理想坐标系下敏感的加速度； )//,cos(z y x j 为加速度计为i 轴与其他两轴加速度计的交叉耦合角的方向余弦。 2加速度计标定方法－“六位置24点标定” 六位置指x/y/z 轴加速度计的输入轴分别指向上和下，共为六个位置，在每个位置绕铅垂线转一圈，间隔90o转动4个点，共为24点。在每个点采集n 数据，求取平均值作为这个点的采集数值： n i z y x N j z y x M n i /)),//(((),//(1∑==,j=1…24。 对每个位置四个点的值求平均，为该位置的加速度计的输出值。如x 轴加速度计在六个位置采集地数据为： ∑==41 ) ,()1,(i i x M x F ； ∑==85 ),()2,(i i y M x F ； ∑==12 9 ),()3,(i i z M x F ； ∑==16 13 ),()4,(i i x M x F ； ∑==20 17 ),()5,(i i x M x F ；

∑==24 21),()6,(i i x M x F 。 y 轴和z 轴的数据处理方法和x 轴的相同。 加速度计的零偏： 0((,1)(,2)(,3)(,4)(,5)(,6))/6j F j F j F j F j F j F j K =+++++ （j=x/y/z ） j 轴加速度计标度因数的分当量为： ((1,)(2,))/2*xj F j F j g K =- ((3,)(4,))/2*yj F j F j g K =- ((5,)(6,))/2*zj F j F j g K =- j=x/y/z ，j 轴加速度计的标度因数为j K =交叉耦合角的方向余弦为： cos(,)/xj j j x K K = cos(,)/yj j j y K K = cos(,)/zj j j x K K = 3误差的补偿 加速度计的输出补偿： 在t 时刻采集到三只加速度计的输出值为：123,,N N N ，有以下三个方程： 1011()/cos(1,)cos(1,)cos(1,) x y z N K K A x A y A z -=++ 2022()/cos(2,)cos(2,)cos(2,)x y z N K K A x A y A z -=++ 3033()/cos(3,)cos(3,)cos(3,)x y z N K K A x A y A z -=++ 其中Ax, Ay, Az 为理想坐标系中的三轴加速度计敏感的加速度，是要求的未知量。上面的方程组可以简化为 j N CA = []101120223033()/()/()/j N N K K N K K N K K =---

应变式加速度传感器培训讲学

应变式加速度传感器

传感器与测控电路课程设计 说明书 题目应变片式加速度传感器的设计姓名 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号 指导教师 成绩 二〇一零年六月二十三日

目录 一、设计题目 (3) 二、设计任务及技术指标 (3) 三、设计要求 (3) 四、构造及其原理概述 (4) 五、结构设计 (5) 六、应变片的选择及其设计计算 (7) 七、转换电路的设计 (9) 八、外部电路的设计 (10) 九、结构和辅助零件的设计 (11) 十、精度误差分析 (12) 十一、课程设计总结 (13) 十二、参考文献 (14) 附录： 传感器设计CAD零件图 (15) 传感器设计CAD装配图 (16) 测控电路原理Proteus图 (17)

一、设计题目 应变式加速度传感器的设计 二、设计任务及技术指标 1、工作在常温、常压、静态、环境良好。 2、精度0.1%FS。 3、测量范围20ｇ。 4、频响：0.1~100HZ。 5、电桥电压：5V。 三、设计要求 1、利用电阻或半导体的应变效应设计加速度传感器，将所测的加速度转换 成电信号。 2、根据被测量，设计传感器的性能参数和结构参数。 3、根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电 路。

四、构造及其原理概述 1、金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化。 2、用应变片测量受力变形时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用 下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应的变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化。 根据式 σ=Eε 式中σ：测试的应力； E：材料弹性模量 可以测得σ应力值。通过弹性元件将加速度转换为应变，因此可以用应 变片测量加速度，从而做成应变式加速度传感器。 3、如图为加速度传感器的结构示意图。 图1 加速度传感器结构简图

微加速度计原理与应用

微加速度计原理与应用 a 在20 世纪40 年代初，由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，由于航天、航空和航海领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，性能和精度也有了很大的完善和提高。加速度计面世后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。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。 直到微机械加速度计的问世，这种状况才发生了改变。随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计就是惯性传感器件的杰出代表。 微加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。结合陀螺仪（用来测角速度），就可以对物体进行精确定位。根据这一原理，人们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船，飞机和航天器的导航，近年来，人们又把这项技术用于汽车的自动驾驶和导弹的制导。汽车

工业的迅速发展又给加速度计找到了新的应用领域，汽车的防撞气囊就是利用加速度计来控制的。微加速度计的工作原理 微加速度计的结构模型如图所示：它采用质量块-弹簧-阻尼器系统来感应加速度。图中只画出了一个基本单元。它是利用比较成熟的硅加工工艺在硅片内形成的立体结构。图中的质量块是微加速度计的执行器，与质量块相连的是可动臂；与可动臂相对的是固定臂。可动臂和固定臂形成了电容结构，作为微加速度计的感应器。其中的弹簧并非真正的弹簧，而是由硅材料经过立体加工形成的一种力学结构，它在加速度计中的作用相当于弹簧。当加速度计连同外界物体（该物体的加速度就是待测的加速度）一起加速运动时，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制。显然该位移与外界加速度具有一一对应的关系：外界加速度固定时，质量块具有确定的位移；外界加速度变化时（只要变化不是很快），质量块的位移也发生相应的变化。另一方面，当质量块的发生位移时，可动臂和固定臂（即感应器）之间的电容就会发生相应的变化；如果测得感应器输出电压的变化，就等同于测得了执行器（质量块）的位移。既然执行器的位移与待测加速度具有确定的一一对应关系，那么输出电压与外界加速度也就有了确

应变传感器原理测量实验

应变传感器测量原理实验 车浩斌 14151180 一、实验目的 1.了解箔式应变片的结构及粘贴方式 2.掌握使用电桥电路对应变片进行信号调理的原理和方法 3.掌握使用应变片设计电子秤的原理 4.掌握应变片的温度补偿的原理和方法 二、实验原理（自己的语言） 1.应变片测量原理 应变片测试时，随着应变片发生变形，应变片的电阻值发生变化，通过测量电路，即可将这种电阻变化所测试出来从而转化对变形的测试。 2.应变电桥原理 当电桥平衡时，桥路対臂电阻乘积相等，电桥输出为0，当其中的一个或多个应变因发生变形而导致阻值变化时，从而导致电桥的输出发生变化。对电桥的输出的进行测量从而测试出应变的变化情况。 3.称重原理 将四个应变片贴在悬臂梁上（上下各两个，对称分布），在悬臂梁的自由端通过加所测砝码来施加向下的外力，造成梁受弯，产生弯曲应变，上测应变片电阻值增加，下测应变片电阻值减小，将四个应变片接为全桥电路，因此可以通过输出电压的变化量来求出应变值，再由施加外力与应变的关系式可以求得外力，进而求得所测砝码的重量。 4.温补原理 当应变片所处环境温度发生变化时，其阻值也会相应的改变。若原测量电桥为1/4桥，则会产生较大的误差，此时在其相邻桥臂再加一个相同的应变片作为温度补偿片。 本实验采用电桥补偿法。 三．实验内容 1．测试应变称重电路的静态指标。 2．了解温度变化对应变测量系统的影响，学习温度补偿的方法。 实验问题思考： （1）实验中温度补偿的原理。 （2）通过实验思考影响应变片测量精度的因素。 四．实验仪器 直流稳压电源（±4V、±12V），应变式传感器实验模块，双孔悬臂梁称重传感器，称重砝码（20克/个），数字万用表（可测温）。 五．实验步骤 （1）观察称重传感器弹性体结构及传感器粘贴位置，将三芯电缆供电线一端与应变式传感器实验模块相连，另一端与主机实验电源相连 （2）将差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器的“+”“-”

加速度计误差标定流程

误差系数标定算法： 1．单个加速度计测量模型： 10i o p o p a E k k a k a k a ==+++ （1） a —加速度计输出指示值：g 。i a p a o a —沿加速度计输入轴，摆轴，输出轴向 作用的加速度分量： g 。E —加速度计的输出：一般为V 或者mA 。0k —加速度计偏值：g 。1k —刻度因素：V g 或者m A g 。o k ，p k —输出轴，摆轴灵敏度系数：无量纲。 2．非质心处的加速度计输出模型： [()]i T i a A r r ωωω θ=+??+?? （2） [()]o T o a A r r ωωω θ=+??+?? （3） [()]p T p a A r r ωωω θ=+??+?? （4） 其中，[()]A r r ωωω +??+? 代表位置r 处的加速度值，i θ，o θ，p θ分别为加速度计的敏感轴，输出轴和摆轴的方向向量。 将（2）（3）（4）带入（1）式并令[()]T A r r f ωωω +??+?= ，可得： ()10i o p o p a E k k f k k θθθ ==+?+?+? （5） 当存在安装方位误差时，即： i i i l θθθ=+?，o o o l θθθ=+?，p p p l θ θθ=+? （6） 其中，i l θ为加速度计敏感轴的理论设计安装方向向量；i θ?为加速度计敏感方向误差，其 余两轴类似。 将（6）带入（5），整理可得： ()10i i o p o p l o l p l o p a E k k f k k k k θθθθθθ ==+?+?+?+?+??+?? 令 i i o p o p l o l p l o p d k k k k θθ θθθθ=?+?+? +?? + ??，上式可变为： ()10i i l l a E k k f d θθ==+?+ （7） （7）式两边乘以刻度因子1k ，得：( )110i i l l E k k f k d θθ??=?+??+? ? ，令100K k k =?， 单位：V 或者mA ，代表等效零偏；( )1i i s l l k d θθθ=?+，单位：V g 或者m A g ， 代表等效敏感方向向量。则上式可以变为：

加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用

加速度计和陀螺仪传感器原理、检测及应用 摘要：微机电系统（MEMS）在消费电子领域的应用越来越普及，移动市场的增长也带动了MEMS需求的日益旺盛。实际上，MEMS传感器正在成为消费类和移动产品差异化的关键要素，例如游戏控制器、智能手机和平板电脑。MEMS为用户提供了与其智能设备交互的全新方式。本文简要介绍MEMS的工作原理、检测架构以及各种潜在应用。本文网络版地址：http：//https://www.wendangku.net/doc/2a15509290.html,/article/247467.htm 关键词：MEMS；加速度计；陀螺仪；传感器 DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.013 引言 微机电系统（MEMS）将机械和电子元件集成在微米级的小型结构中。利用微机械加工将所有电气器件、传感器和机械元件集成至一片共用的硅基片，从而由半导体和微加工技术组合而成。MEMS系统的主要元件是机械单元、检测电路以及ASIC或微控制器。本文简要介绍MEMS加速度计传感器和陀螺仪，讨论其工作原理、检测结构以及目前市场的热点应用，对我们日常生活具有深远的影响。 1 MEMS惯性传感器 MEMS传感器在许多应用中测量沿一个或多个轴向的

线性加速度，或者环绕一个或多个轴的角速度，以作为输入控制系统（图1）。 MEMS加速度计传感器通常利用位置测量接口电路测 量物体的位移，然后利用模/数转换器（ADC）将测量值转换为数字电信号，以便进行数字处理。陀螺仪则测量物体由于科里奥利加速度而发生的位移。 2 加速度计工作原理 根据牛顿第二定律，物理加速度（m/s2）与受到的合力（N）成正比，与其质量（kg）成反比，加速度方向与合力相同。 上述过程可简单归纳为：作用力导致物体发生位移，进而发生电容变化。将多个电极并联，可获得更大的电容变化，更容易检测到位移（图4）。V1和V2连接至电容的每侧，电容分压器的中心连接到物体。 物体重心的模拟电压通过电荷放大、信号调理、解调及低通滤波，然后利用Σ-ΔADC将其转换为数字信号。将ADC输出的数字比特流送至FIFO缓存器，后者将串行信号转换为并行数据流。随后，可通过诸如I2C或SPI等串行协议读取数据流，再将其送至主机做进一步处理（图5）。 Σ-ΔADC具有信号带宽较窄，分辨率非常高，适合加速度计应用。Σ-ΔADC输出由其位数决定，很容易转换成“g”（单位），用于加速度计算。“g”为重力加速度。

课程设计(论文)—应变式加速度传感器设计

一．传感器设计 1、应变式加速度传感器简介 能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，称为传感器，通常由敏感元件和转换元件组成。应变式加速度传感器是一种低频传感器，由弹性梁，质量块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生惯性力使弹性梁变形，引起应变片阻值发生变化，通过电桥来获取信号，是车辆振动测量常用传感器。 2 应变式加速度传感器结构 在这种传感器中,质量块支撑在弹性体上,弹性体上贴有应变片（图1）。测量时,在质量块的惯性力作用下,弹性体产生应变,应变片把应变变为电阻值的变化，最后通过测量电路输出正比于加速度的电信号。弹性体做成空心圆柱形增加传感器的固有振动频率和粘贴应变片的表面积。另一种结构形式为悬臂梁式，弹性振梁的一端固定于外壳，一端装有质量块。应变片贴在振梁固定端附近的上下表面上。振梁振动时，应变片感受应变。应变片可在测量电路中接成差动桥式电路。应变片加速度计也适用于单方向（静态）测量。用于振动测量时,最高测量频率取决于固有振动频率和阻尼比,测量频率可达3500赫。 下图是传感器结构图 图1 传感器结构简图

3 应变式加速度传感器特点 这种结构灵敏度高，但体积较大，实际应用中需要硅油提供大的阻尼力应变式振动传感器的主要优点是低频响应好，可以测量直流信号（如匀加速度）。 4.计算设计： 设计步骤 根据设计指标估计如下结构参数： 梁长度：L (mm):11 梁宽度：b (mm):5 梁厚度：h (mm):0.5 质量块半径：r (mm):3 质量块厚度：c (mm):4 许用应力系数取：0.55； 梁根部最大应变：εmax ≤400 (με)。 基本原理： 质量块M 在加速度a 作用下产生惯性力：a F Ma = 梁在惯性力的作用下产生应变：2 6x x a L F Ebh ε= 应变引起应变片阻值变化ΔR ，电桥失去平衡而输出电压，通过测量电压可求得加速度。 计算梁的最大挠度 挠度反映梁质量块的活动空间 (mm)H R = 0()(0.5)(mm)w R H c h =--+ max 0(mm)w w <

加速度计and陀螺仪原理

MEMS加速度计原理 技术成熟的MEMS加速度计分为三种:压电式、容感式、热感式。压电式MEMS加速度计运用的是压电效应，在其内部有一个刚体支撑的质量块，有运动的情况下质量块会产生压力，刚体产生应变，把加速度转变成电信号输出。 容感式MEMS加速度计内部也存在一个质量块，从单个单元来看，它是标准的平板电容器。加速度的变化带动活动质量块的移动从而改变平板电容两极的间距和正对面积，通过测量电容变化量来计算加速度。Freescale的MMA7660FC这一款加速度计（3-Axis Orientation/MotionDetection Sensor），这一款芯片也是利用这一原理设计的。datasheet的第9页介绍了其工作原理：当芯片有向右的加速度时，中间的活动质量快相对于另外两块电容板向左移动，这两平行板电容器的电容就发生了变化，从而测量出芯片运动的加速度。 热感式MEMS加速度计内部没有任何质量块，它的中央有一个加热体，周边是温度传感器，里面是密闭的气腔，工作时在加热体的作用下，气体在内部形成一个热气团，热气团的比重和周围的冷气是有差异的，通过惯性热气团的移动形成的热场变化让感应器感应到加速度值。 由于压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下，压电式MEMS加速度计只能感应到“动态”加速度，而不能感应到“静态”加速度，也就是我们所说的重力加速度。而容感式和热感式既能感应“动态”加速度，又能感应“静态”加速度。 从上面的分析中，我们可以看到利用容感式和热感式加速度计进行定向时，加速度计测得的加速度里面包括重力加速度在各个轴上的重力分量和动态运动引起的加速度分量。因而，我觉得我们在利用这一类加速度计进行定向时，必须将动态加速度去掉（较为困难）；在进行检测芯片的运动时，必须将重力加速度的去掉。 师兄，我觉得如果我们选择用加速度计来进行定向的话，我们可以考虑ST的LSM303DLH （5*5*1mm,0.83mA）这一款芯片。这一款芯片集成了测加速度和磁场的功能，完全可以满足我们定向的需求

应变测量原理

应变片原理 敏感元件的种类很多，其中以电阻应变片（简称电阻片或应变片）最简单、应用最广泛。 电阻片的应变-电性能（图1、图2） 电阻片分丝式和箔式两大类。丝绕式电阻片是用0.003mm‐0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm‐0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变‐电性能。电阻片在感受构件的应变时（称作工作片），其电阻同时发生变化。实验表明，构件被测量部位的应变ΔL/L与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即： ? ? 比例系数 称为电阻片的灵敏系数。 由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以 不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。 的数值一般约在2.0左右。 温度补偿片 温度改变时，金属丝的长度也会发生变化，从而引起电阻的变化。因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成，即： ? ? ? ? ——由构件机械变形引起的电阻变化。 ? ——由温度变化引起的电阻变化。 要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。电阻变化只与温度有关的电阻片称作温度补偿片。利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温

度给应力测量带来的影响。 应变花（图3） 为同时测定一点几个方向的应变，常把几个不同方向的敏感栅固定在同一个基底上，这种应变片称作应变花。应变花的各敏感栅之间由不同的角度α组成。它适用于平面应力状态下的应变测量。应变花的角度α可根据需要进行选择。 电阻片的粘贴方法 粘贴电阻片是电测法的一个重要环节，它直接影响测量精度。粘贴时，首先必须保证被测表面的清洁、平整、光滑、无油污、无锈迹。二要保证粘贴位置的准确、 并选用专用的粘接剂。三、应变片引线的焊接和导线的固定要牢靠，以保证测量时导线不会扯坏应变片。为满足上述要求，粘贴的大致过程如下：打磨测量表面→在测量位置准确画线→清洗测量表面→在画线位置上准确地粘贴应变片→焊接导线并牢靠固定。 电桥工作原理 应变仪测量电路的作用，就是把电阻片的电阻变化率ΔR/ R转换成电压输出，然后提供给放大电路放大后进行测量。 电桥原理

应变片式加速度传感器设计

应变片式加速度传感器 姓名： 学号： 院（系）：电气工程学院 专业名称：电气工程及其自动化班级：电气2（专升本） 2015年5月20日

说明书摘要 通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。其结构由（1）惯性质量块（2）应变量 (3) 硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块组成。应变片式加速度传感器通过敏感栅将低频运动物体的加速度转化为应变片的应变，引起电桥桥臂电阻的变化，经过温度补偿、放大后输出加速度信号。其特点为应变片式加速度传感器具有体积小、低功耗、结构简单、抗干扰能力强、运行稳定、经济性好。

摘要附图应变式加速度传感器示意图

权利要求书 1、通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。其结构由（1）惯性质量块（2）应变量 (3 )硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块组成。电桥采用直流12V电源供电，采用稳压的直流电源供电，运放器采用双电源供电，电源电压为±12V。 2、加速度传感器的敏感轴检测输入加速度，并将其作用转换为电阻应变片阻值的变化，通过变送电路，将这种变化转换为对应的电压输出，从而达到测量加速度的目的。传感器的主要量程：±20g；输出：0～5V；零位输出：2.5V，用应变片测量的应变是通过测量敏感栅的电阻相对变化来得到。应变片灵敏度系数很小（K≈2），而机械应变一般在10με～3000με之间（有时也可达到6000με），电阻相对变化是很小的，需要采用差动电桥。当悬臂梁发生形变时，应变片的电阻值发生改变，全桥式布片应变引起应变片电阻的变化，从而达到测量振动加速度的目的。当悬臂梁受到加速度作用时，其自由端必将发生位移，通过计算得到加速度—电压的转换关系。 3 应变片由于温度的变化所引起电阻的变化与弹性敏感元件所造成的

加速度传感器原理与应用简介

加速度传感器原理与应用简介 1、什么是加速度传感器 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。 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）的改进的。另一种就是线加速度计。 2、加速度传感器一般用在哪里 通过测量由于重力引起的加速度，你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。 加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。 目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。 概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 3、加速度传感器是如何工作的 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。 现代科技要求加速度传感器廉价、性能优越、易于大批量生产。在诸如军工、空间系统、科学测量等领域，需要使用体积小、重量轻、性能稳定的加速度传感器。以传统加工方法制造的加速度传感器难以全面满足这些要求。于是应用新兴的微机械加工技术制作的微加速度传感器应运而生。这种传感器体积小、重量轻、功耗小、启动快、成本低、可靠性高、易于实现数字化和智能化。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，它的性能价格比很高。可以预见在不久的将来，它将在加速度传感器市场中占主导地位。 微加速度传感器有压阻式、压电式、电容式等形式。 ·压电式 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

(完整版)应变测试原理及工程实例

应变测试原理及工程实例 每次面世的新型汽车或火车都在轻型化上下了很大功夫，以提高其速度及节省燃料。虽然使用薄的或细的轻型材料可以实现轻型化（效率化），但是如果不能保证必要的强度的话对安全性会有很大影响。相反，如果只考虑强度的话就会使重量增加，对经济性造成影响。 因此，在机构的设计上，安全性与经济性的协调也是非常重要的因素。为了在设计上既要保持这种协调性，又要保证强度，就必须要知道材料各个部位的“应力”。但是，以现有的科学水平，无法对这种应力进行直接测量及判定。因此要对表面的“应变”进行测量，进而计算出内部的“应力”。 1应变测量原理 1.1基本概念 所谓“应力”，是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。如图所示，在柱体的上面向其施加外力P 的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力—内力。内力被物体（这里是柱体）的截面积所除后得到的值（单位面积上的内力）即是“应力”（单位为Pa 帕斯卡或N/m 2）。如圆柱横断面积为A （m 2），所受外力为P （N 牛顿），由外力=内力可得，应力。 2()P Pa A σ= 或者N/m 这里的截面积A 与外力的方向垂直，所以得到的应力叫做垂直应力。 图1 棒被拉伸的时候会产生伸长变形l ?，棒的长度则变为l l +?。这里，由伸长量l ?和原长l 的比所表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记作ε。 1l l ε?= 与外力同方向的伸长（或压缩）方向上的应变称为轴向应变。应变表示的是伸长率（或压缩率），属于无量纲数，没有单位。由于量值很小，通常用6 110-? （百万分之一）“微应变”表示，或简单的用μ表示。 棒在被拉伸的状态下，变长的同时也会变细。直径为 d 的棒产生d ?的变形时，

压阻式加速度传感器

新型压阻式硅微加速度传感器 1.新颖性 压阻式硅微加速度传感器，因其具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点，尤其是它的低频响应好，并且该传感器在强辐射作用下能正常工作，对它的研究近年来受到重视。在工业自动控制、汽车、地震测量、军事和空间系统、医学及生物工程等领域中有着广泛的应用前景。 在实际生活应用中往往传感器的灵敏度和量程很难做到二者兼优，为了更好地提高压阻式加速度传感器的灵敏度，新型压阻式加速度传感器的量程设计加以改进，利用静电力对其量程进行可调控制。对于一个结构和几何参数确定的悬臂梁式加速度传感器的设计考虑主要在于：其敏感质量块的自由运动围，制约着它的测量围。新型压租式硅微加速度传感器采用静电力来抵消部分加速度惯性力，使同样大小的质量块位移量能够代表更大或不同的被测加速度值，从而实现量程可调的目的。 2.传感器工作原理 压阻效应 半导体材料的压阻效应是指半导体材料受应力作用时，其电阻率发生变化的物理现象。原因可以解释为：由应变引起能带变形，从而使能带谷中的载流子数也发生相对变化，导致电阻率变化。由半导体电阻理论可知电阻率ρ的相对变化为επσπρρE L L /d == 式中， L π为沿晶向 L 的压阻系数，单位 /N m 2； σ为沿晶向 L 的应力，单位/N m 2 ；E 为半导体材料的弹性模量，ε为轴向应变。 压阻式加速度传感器工作原理 压阻式加速度传感器的工作原理是：在测量物体加速度时是基于牛顿第二定

律，即物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即a =F/m 。当物体以加速度运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形，该变形引起压阻效应，悬臂梁上半导体电阻阻值发生变化致使桥路不平衡，从而输出电压有变化，即可得出加速度 a值的大小。 悬臂梁压阻式加速度计的传感原理 悬臂梁压阻式加速度微传感器是通过将加速度产生的作用加到质量块上，并将质量块的移动通过压敏电阻来测量。悬臂梁压阻式加速度微传感器的结构简化图如下所示。 悬臂梁压阻式加速度计结构简化图 1—悬臂梁；2—扩散电阻；3—质量块；4—机座外壳 当加速度作用于悬臂梁自由端质量块时，悬臂梁受到弯矩作用产生的应力而发生变形由于硅的压阻效应，各应变电阻的电阻率发生变化，电桥失去平衡，输出电压发生变化，通过测量输出电压的变化可得到被测量的加速度值。 新型悬臂梁压阻式加速度计量程改进的依据 压阻式加速度计的工作原理是根据作用在弹性元件上的外力致使其发生形变，引起制作在弹性元件上的应变电阻受到应力其阻值改变，从而输出电信号发生变化。在现有的 MEMS 技术下，尤其是悬臂梁式加速度传感器，悬臂梁多采用硅材料或石英材料制作，悬臂梁结构比较适合于小量程传感器。然而在实际工程中，往往悬臂梁会受到随时间变化的动载荷，甚至是瞬时冲击较大的载荷作用，虽然可以根据载荷作用前后的能量守恒原则，但是当应力超过材料的强度极限时，结构将发生断裂或屈服失效，特别是脆性材料多晶硅制成的悬臂梁在冲击或振动作用下很容易断裂失效。此外，疲劳也将导致结构断裂，构件在交变应力的作用下，即使其应力小于断裂强度，在经过一定次数的交变应力之后也会发生脆性断裂。为了使悬臂梁不被损坏，同时也为了满足不同荷载作用时加速度的准确