传感器原理及应用复习（6）---测量加速度

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1. 应变式传感器测量

1.1 基本工作原理

?应变式传感器主要用于物体加速度的测量，其基本工作原理是：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 $a=F/m$。

1.2 应变式加速度传感器

?应变式加速度传感器的结构示意图如下所示。
?(1) 测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度 $a$ 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性作用力作用，是悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。
?(2) 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压，即可得出加速度 $a$ 的值。

2. 电感式传感器测量

?如下图为差动变压器式传感器的原理结构示意图。
?(1) 测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的 $A$ 端与被测振动体相连，此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。
?(2) 当被测体带动衔铁以 $△x(t)$ 振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。

3. 电容式传感器测量

?如下图为差动电容式加速度传感器结构图。
?(1) 当传感器壳体随被测对象垂直方向作直线加速度运动时，质量块在惯性空间中相对静止，两个固定电极将相对于质量块在垂直方向产生大小正比于被测加速度的位移。
?(2) 此位移使两电容的间隙发生变化，一个增加，一个减少，从而使 $C_1$、$C_2$ 产生大小相等、符号相反的增量，此增量正比于被测加速度。

4. 压电式传感器测量

?如下图为压电式加速度传感器的结构图。
?(1) 当加速度传感器和被测无一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，即 $F=ma$。
?(2) 此时惯性力 $F$ 作用于压电元件上，因而产生电荷 $q$，当传感器选定后，$m$ 为常数，则传感器输出电荷为 $q=dF=dma$（$d$是厚度），与加速度 $a$ 成正比。因此，测得加速度传感器输出的电荷便可知加速度的大小。

5. 光纤传感器测量

?如下图为光纤加速度传感器的结构简图。它是一种简谐振子的结构形式。激光束通过分光板后分为两束光，透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。
?(1) 当传感器感受加速度时，由于质量块 $M$ 对光纤的作用，从而使光纤被拉伸，引起光程差的改变。
?(2) 相位改变的激光束由单模光纤射出后与参考光束会合产生干涉效应。激光干涉仪干涉条纹的移动可由光电接收装置转换成电信号，经过信号处理电路处理后便可以正确地测出加速度值。