PCB單軸加速度傳感器工作原理

PCB單軸加速度傳感器工作原理

PCB單軸加速度傳感器通常基于壓電效應(yīng)工作原理，用于測量單方向上的加速度。其基本結(jié)構(gòu)和工作原理如下：

1. 結(jié)構(gòu)組成：

壓電材料：傳感器核心部件通常采用石英晶體或壓電陶瓷，這些材料在受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷。

質(zhì)量塊-彈簧系統(tǒng)：內(nèi)部包含一個(gè)質(zhì)量塊（慣性質(zhì)量），通過彈簧或彈性結(jié)構(gòu)固定在傳感器基座上。

2. 工作原理：

加速度作用：當(dāng)傳感器受到外界加速度（如振動(dòng)、沖擊）時(shí)，質(zhì)量塊由于慣性相對基座產(chǎn)生位移。

應(yīng)力產(chǎn)生電荷：質(zhì)量塊的位移通過彈簧傳遞機(jī)械應(yīng)力至壓電材料，壓電材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷（壓電效應(yīng)）。

電荷轉(zhuǎn)換：產(chǎn)生的電荷量與加速度成正比，通過內(nèi)部電路（如電荷放大器）將微弱的電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。

3. 信號處理：

- 傳感器輸出信號通常為模擬電壓，可進(jìn)一步通過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由微處理器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行分析。

- 部分傳感器可能集成溫度補(bǔ)償電路，以提高測量精度和穩(wěn)定性。

4. 應(yīng)用場景：

- 機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測（如設(shè)備故障診斷）

- 車輛碰撞檢測

- 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（橋梁、建筑）

- 運(yùn)動(dòng)控制與姿態(tài)測量

以下是PCB單軸加速度傳感器的典型性能參數(shù)示例數(shù)據(jù)及工作原理補(bǔ)充：

1. 傳感器規(guī)格參數(shù)（示例）

| **參數(shù)** | **數(shù)值** | **單位** |

| ------ |------ |------ |

| 靈敏度 | 50 | mV/g |

| 測量范圍 | ±10 | g |

| 頻率響應(yīng) | 0-500 | Hz |

| 分辨率 | 0.01 | g |

| 輸出類型 | 模擬電壓（0-5V） |  |

| 供電電壓 | 12 | V DC |

| 工作溫度 | -40 至 85 | ℃ |

| 零點(diǎn)偏移 | ≤ ±2 | mg |

| 非線性度 | ≤ 1 | %FS |

2. 工作原理數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

- **靈敏度計(jì)算示例**：當(dāng)傳感器受到5g加速度時(shí)，輸出電壓 = 靈敏度 × 加速度 = 50 mV/g × 5g = 250 mV若供電電壓為5V，則對應(yīng)輸出電壓范圍為0-5V（±10g時(shí)輸出0V或5V）。

- **頻率響應(yīng)特性**：傳感器在10Hz振動(dòng)頻率下可準(zhǔn)確測量±10g加速度，輸出信號失真≤3%；在500Hz高頻振動(dòng)時(shí)，輸出信號衰減至-3dB（約70%幅值）。

- **溫度影響**：在-40℃時(shí)，零點(diǎn)偏移可能增加至±4mg，需進(jìn)行溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)。

**3. 實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)示例**

- **機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測**：某工業(yè)設(shè)備振動(dòng)測試中，傳感器輸出信號頻譜分析顯示在60Hz處峰值，對應(yīng)軸承故障特征頻率。

- **碰撞檢測**：車輛碰撞實(shí)驗(yàn)中，傳感器在20ms內(nèi)檢測到120g峰值加速度，觸發(fā)安全系統(tǒng)響應(yīng)。

**注**：實(shí)際傳感器型號參數(shù)差異較大，數(shù)據(jù)需參考具體廠商規(guī)格書。