加速度傳感器 原理:關于AOVX資產監測設備中Fluxgate傳感器介紹

2021/12/28 18:13 · 傳感器知識資訊 ·  · 加速度傳感器 原理:關于AOVX資產監測設備中Fluxgate傳感器介紹已關閉評論
摘要:

加速度傳感器原理:關于AOVX資產監測設備中Fluxgate傳感器介紹近期筆者在進行資產監控技術研發。咱們平時的快遞物流信息一般都是時隔一段時間,等物流到達中轉站了,這樣咱們的快遞信息才會進行更新,咱們才能了解我們的快遞到哪兒了。那么如何實時快遞的運輸狀況和咱們的車輛一樣,能進行實時定位呢?這時候,就需要資產監控設備來完成這一需求。資產監控設備一般

加速度傳感器 原理:關于AOVX資產監測設備中Fluxgate傳感器介紹

近期筆者在進行資產監控技術研發。咱們平時的快遞物流信息一般都是時隔一段時間,等物流到達中轉站了,這樣咱們的快遞信息才會進行更新,咱們才能了解我們的快遞到哪兒了。那么如何實時快遞的運輸狀況和咱們的車輛一樣,能進行實時定位呢?這時候,就需要資產監控設備來完成這一需求。
資產監控設備一般是通過GPS等完成定位,并且可以在后臺直接對位置進行查看,實時性、可視化是資產監控設備的兩大亮點。
但是用過GPS的人應該都經歷過,當處于叢林或者高樓大廈時,GPS信號弱,那么在這種情況下還想對人或物進行實時定位,就需要用到加速度傳感器。
加速度傳感器一般是將加速度轉換為其他物理量來間接測量的。一般常用的加速度傳感器是根據晶體的壓電效應來工作的,原理是:在有加速度的時候,傳感器內部的晶體會發生形變從而產生電壓,只需要測量出電壓值,并利用晶體的電壓、形變和加速度之間的關系(固有關系)就可以檢測測量出加速度的數值。電壓采集的精度決定了加速度的精度。
該如何選擇合適的加速度傳感器:
真正在選型使用的時候需要根據實際使用場景來確定用什么精度的加速度傳感器,因為精度越高成本帶來的問題就是成本越高,甚至通過測量由于重力引起的加速度,你可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。用于地震檢波器和用于汽車車禍報警的精度與簡單的需要加速度傳感器進行定位的精度需求,是不一樣的。
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加速度傳感器 原理:加速度傳感器原理

加速度計受振,使得質量塊加在壓電晶體上的力發生變化,當被測振動頻率遠遠低于加速度計的固有頻率時,被測加速度的變化與力的變化成正比,因此可通過力的大小判斷加速度的大小。由于正壓電效應,使得其變形的同時也產生電場,兩個相對表面上出現正負相反電荷,產生電壓,因此可將加速度轉化成電壓輸出。壓電式加速度傳感器又稱為壓電加速度計,是一種慣性式傳感器。利用的是壓電晶體的壓電效應。其中,壓電晶體指具有“壓電效應”的晶體,如壓電陶瓷,石英等。

加速度傳感器 原理:加速度傳感器工作原理及應用

對于手機發燒友來說,對手機加速傳感器肯定不會感到陌生,它能在手機上體驗在3D游戲上增加體驗使用效果。但是你了解它們是如何工作的嗎?其實手機加速傳感器屬于加速度傳感器的一種,在下面的文章中,皮卡中國小編將介紹加速度傳感器的工作原理及應用,希望大家對加速度傳感器有個更全面的了解。
什么是加速度傳感器
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備。加速力就是當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。加速力可以是個常量,比如g,也可以是變量。
加速度傳感器分類與工作原理1、壓電式
壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。
壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時,則力的變化與被測加速度成正比。原文地址:
2、壓阻式
基于世界領先的MEMS硅微加工技術,壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點,易于集成在各種模擬和數字電路中,廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。
3、電容式
容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計是對比較通用的加速度傳感器。在某些領域無可替代,如安全氣囊,手機移動設備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計采用了微機電系統(MEMS)工藝,在大量生產時變得經濟,從而保證了較低的成本。
4、伺服式
伺服式加速度傳感器是一種閉環測試系統,具有動態性 能好、動態范圍大和線性度好等特點。
工作原理:傳感器的振動系統由 "m-k”系統組成,與一般加速度計相同,但質量m上還接著一個電磁線圈,當基座上有 加速度輸入時,質量塊偏離平衡位置,該位移大小由位移傳感器檢測出來,經伺服放大器 放大后轉換為電流輸出,該電流流過電磁線圈,在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力,力圖使質量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上,所以伺服加速度傳感器在閉環狀態下工作。
由于有反饋作用,增強了抗干擾的能力,提高測量精度,擴大了測量范圍,伺服加速度 測量技術廣泛地應用于慣性導航和慣性制導系統中,在高精度的振動測量和標定中也有應用。
加速度傳感器應用1、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備來實現對游戲中物體的前后左右的方向控制,就變得很簡單。
2、圖像自動翻轉
用加速度傳感器檢測手持設備的旋轉動作及方向,實現所要顯示圖像的轉正。
3、汽車安全
加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。
4、盤保護
利用加速度傳感器檢測自由落體狀態,從而對迷你硬盤實施必要的保護。由于外界的輕微振動就會對硬盤產生很壞的后果,使數據丟失。而利用加速度傳感器可以檢測自由落體狀態。當檢測到自由落體狀態時,讓磁頭復位,以減少硬盤的受損程度。
5、閃信功能
通過揮動手持設備實現在空中顯示文字,用戶可以自己編寫顯示的文字。這個閃信功能是利用人們的視覺殘留現象,用加速度傳感器檢測揮動的周期,實現所顯示文字的準確定位。
6、防手抖功能
用加速度傳感器檢測手持設備的振動/晃動幅度,當振動/晃動幅度過大時鎖住照相快門,使所拍攝的圖像永遠是清晰的。
7、計步器功能
加速度傳感器可以檢測交流信號以及物體的振動,人在走動的時候會產生一定規律性的振動,而加速度傳感器可以檢測振動的過零點,從而計算出人所走的步或跑步所走的步數,從而計算出人所移動的位移。并且利用一定的公式可以計算出卡路里的消耗。
8、智能產品
加速度傳感器在微信功能中的創新功能突破了電子產品的千遍一律,這個功能的實現來源傳感器的方向、加速表、光線、磁場、臨近性、溫度等參數的特性。
9、設備或終端姿態檢測
加速度傳感器和陀螺儀通常稱為慣性傳感器,常用于各種設備或終端中實現姿態檢測,運動檢測等,也就很適合玩體感游戲的人群。加速度傳感器利用重力加速度,可以用于檢測設備的傾斜角度,但是它會受到運動加速度的影響,使傾角測量不夠準確,所以通常需利用陀螺儀和磁傳感器補償。
10、GPS導航系統死角的補償
在一些特殊的場合和地貌,如遂道、高樓林立、叢林地帶,GPS信號會變弱甚至完全失去,這也就是所謂的死角。而通過加裝加速度傳感器及以前我們所通用的慣性導航,便可以進行系統死區的測量。對加速度傳感器進行一次積分,就變成了單位時間里的速度變化量,從而測出在死區內物體的移動。
常見加速度傳感器1、手機加速傳感器
手機加速傳感器的工作原理是由敏感元件將測點的加速度信號轉換為相應的電信號,進入前置放大電路,經過信號調理電路改善信號的信噪比,再進行模數轉換得到數字信號,最后送入計算機,計算機再進行數據存儲和顯示。
2、重力加速度傳感器
重力加速度傳感器能夠感知到加速力的變化,加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力,比如晃動、跌落、上升、下降等各種移動變化都能被G-sensor轉化為電信號,然后通過微處理器的計算分析后,就能夠完成程序設計好的功能,內置了G-sensor的MP3播放器就能根據使用者的甩動方向,前后更換歌曲,放進衣袋的時候也能夠計算出使用者的前進步伐。
個別高端筆記本例如IBM高端系列也內置了G-sensor,在感知發生劇烈加速度時(如開始跌落),立即保護硬盤,避免硬盤損害。
3、壓電式加速度傳感器
壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質如石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時,則力的變化與被測加速度成正比。
壓電式加速度傳感器具有動態范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產生電荷信號不需要任何外界電源等特點,是被最為廣泛使用的振動測量傳感器。與壓阻和電容式相比,其最大的缺點是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率的信號。
在現代生產生活中,壓電式加速度傳感器應用在很多數碼產品中,比如攝像機、數碼相機以及汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面。
結語:隨著微電子機械系統技術在傳感器領域中的廣泛應用,使得加速度傳感器的體積變得更加輕便、性能得到明顯提升,這無疑促進了它在消費電子領域中的應用,在市場中的份額也在不斷提升。
拓展內容:
溫度傳感器
壓力傳感器
凸輪軸位置傳感器
加速度傳感器 原理:關于AOVX資產監測設備中Fluxgate傳感器介紹  第2張

加速度傳感器 原理:加速度傳感器的工作原理和應用案例

加速度傳感器(acceleration
transducer)是一種慣性傳感器,能夠測量物體的加速力。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。
根據牛頓第二定律加速度a=F / m,在加速過程中,傳感器通過敏感元件對質量塊所受慣性力的測量,即可得到加速度值。
根據傳感器敏感元件的不同,常見的加速度傳感器包括壓電式、壓阻式、電容式、應變式等。
壓電式加速度傳感器
壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應工作的。敏感元件在一定方向上受到慣性力作用變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷(Q=dF),輸出與加速度成正比的電荷或電壓。
壓電式加速度傳感器
壓阻式加速度傳感器
基于世界領先的MEMS硅微加工技術,利用單晶硅材料的壓阻效應制成的,單晶硅受到應力作用后,(晶體的晶格產生形變,載流子產生從一個能谷到另一個能谷的散射,載流子的遷移率發生變化,擾動了縱向和橫向的平均有效質量)其電阻率就會發生變化,硅的壓阻效應與晶體的取向有關。
壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點,易于集成在各種模擬和數字電路中,廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。
當懸臂梁自由端的質量塊敏感外界加速度時,由于受慣性力的作用,壓阻元件上產生應變ε,則電橋的輸出電壓為電源電壓與應變量的乘積。
電容式加速度傳感器
電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。其中一個電極是固定的,另一變化電極是彈性膜片。彈性膜片在外力(氣壓、液壓等)作用下發生位移,使電容量發生變化。這種傳感器可以測量氣流(或液流)的振動速度(或加速度),還可以進一步測出壓力。
伺服式加速度傳感器
當被測振動物體通過加速度計殼體有加速度輸入時,質量塊偏離靜平衡位置,位移傳感器檢測出位移信號,經伺服放大器放大后輸出電流,該電流流過電磁線圈,從而在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力,迫使質量塊回到原來的靜平衡位置,即加速度計工作在閉環狀態,傳感器輸出與加速度計成一定比例的模擬信號,它與加速度值成正比關系。
應變式加速度傳感器
應變式傳感器是基于測量物體受力變形所產生的應變的一種傳感器。電阻應變片則是其最常采用的傳感元件。加速度傳感器中質量塊相對于基座(被測物體)產生位移,應變片的敏感柵也受力變形,從而使其電阻隨之發生變化,將電阻變化轉換成電壓或電流的變化進而測量加速度。

加速度傳感器應用于地震檢波器設計
地震檢波器是用于地質勘探和工程測量的專用傳感器,是一種將地面振動轉變為電信號的傳感器,能把地震波引起的地面震動轉換成電信號,經過模/數轉換器轉換成二進制數據、進行數據組織、存儲、運算處理。加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設備,典型應用在手機、筆記本電腦、步程計和運動檢測等。
加速度傳感器技術應用于車禍報警
現在汽車工業高速發展,汽車成了出行的重要交通工具,但因交通事故傷亡數量也十分巨大。交通事故發生時,往往伴隨著劇烈的碰撞或急劇的減速過程。因此,加速度是最直觀也同樣是最容易用來判別事故發生時的物理監測量?;诩铀俣鹊能嚨湀缶到y即當發生車禍之后,該系統能能立即讓監控中心獲得車禍信息,并指引救援人員到達事故現場,及時展開救援工作,以達到盡量減少事故人員傷亡的目的。典型應用包括:汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面
加速度傳感器應用于監測高壓導線舞動
目前國內對導線舞動監測多采用視頻圖像采集和運動加速度測量兩種主要技術方案。前者在野外高溫、高濕、嚴寒、濃霧、沙塵等天氣條件下,不僅對視頻設備的可靠性、穩定性要求很高,而且拍攝的視頻圖像的效果也會受到影響,在實際使用中只能作為輔助監測手段,無法定量分析導線運動參數;而采用加速度傳感器監測導線舞動情況,雖可定量分析輸電導線某一點上下振動和左右擺動的情況,但只能測出導線直線運動的振幅和頻率,而對于復雜的圓周運動,則無法準確測量。所以我們必須加快加速度傳感器的發展來適應諸如此類環境下進行應用。

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