首頁(yè) > 技術(shù)文章
我司在德國(guó)、美國(guó)都有自己的公司，專(zhuān)業(yè)從事進(jìn)口貿(mào)易行業(yè)，所以我司的技術(shù)人員為都會(huì)輪流到國(guó)外廠家學(xué)習(xí)技術(shù)。
有人問(wèn)德國(guó)倍加福PEPPERL+FUCHS加速度傳感器的工作原理是什么？
PEPPERL+FUCHS加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見(jiàn)的PEPPERL+FUCHS加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。
壓電式
壓電式PEPPERL+FUCHS加速度傳感器又稱(chēng)壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。壓電式PEPPERL+FUCHS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(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。
壓阻式
基于MEMS硅微加工技術(shù)，壓阻式PEPPERL+FUCHS加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
電容式
電容式PEPPERL+FUCHS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PEPPERL+FUCHS加速度傳感器/電容式加速度計(jì)是比較通用的PEPPERL+FUCHS加速度傳感器。在某些領(lǐng)域，如安全氣囊，手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。電容式PEPPERL+FUCHS加速度傳感器/電容式加速度計(jì)采用了微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）工藝，在大量生產(chǎn)時(shí)變得經(jīng)濟(jì)，從而保證了較低的成本。
伺服式
伺服式PEPPERL+FUCHS加速度傳感器是一種閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)性 能好、動(dòng)態(tài)范圍大和線性度好等特點(diǎn)。其工作原理，傳感器的振動(dòng)系統(tǒng)由 "m-k”系統(tǒng)組成，與一般加速度計(jì)相同，但質(zhì)量m上還接著一個(gè)電磁線圈，當(dāng)基座上有 加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊偏離平衡位置，該位移大小由位移傳感器檢測(cè)出來(lái)，經(jīng)伺服放大器 放大后轉(zhuǎn)換為電流輸出，該電流流過(guò)電磁線圈，在 磁鐵的磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁恢復(fù)力，力圖使質(zhì)量塊保持在儀表殼體中原來(lái)的平衡位置上，所以伺服PEPPERL+FUCHS加速度傳感器在閉環(huán)狀態(tài)下工作。
由于有反饋?zhàn)饔?，增?qiáng)了抗干擾的能力，提高測(cè)量精度，擴(kuò)大了測(cè)量范圍，伺服加速度測(cè)量技術(shù)廣泛地應(yīng)用于慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中，在高精度的振動(dòng)測(cè)量和標(biāo)定中也有應(yīng)用。
線加速度計(jì)的原理是牛頓第二定律，即加速度定律，也就是力的平衡，A(加速度)=F(慣性力)/M(質(zhì)量) 我們只需要測(cè)量F就可以了。怎么測(cè)量F？用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到 F對(duì)應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號(hào)傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數(shù)PEPPERL+FUCHS加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來(lái)工作的。
所謂的壓電效應(yīng)就是 "對(duì)于不存在對(duì)稱(chēng)中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場(chǎng)，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng) "。
一般PEPPERL+FUCHS加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來(lái)制作PEPPERL+FUCHS加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過(guò)測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)都有各自的機(jī)會(huì)和問(wèn)題。
壓阻式PEPPERL+FUCHS加速度傳感器由于在汽車(chē)工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展快。由于安全性越來(lái)越成為汽車(chē)制造商的賣(mài)點(diǎn)，這種附加系統(tǒng)也越來(lái)越多。壓阻式PEPPERL+FUCHS加速度傳感器2000年的市場(chǎng)規(guī)模約為4.2億美元，根據(jù)有關(guān)調(diào)查，預(yù)計(jì)其市值將按年平均4.1%速度增長(zhǎng)，至2007年達(dá)到5.6億美元。這其中，歐洲市場(chǎng)的速度快，因?yàn)闅W洲是許多安全氣囊和汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的所在地。
壓電技術(shù)主要在工業(yè)上用來(lái)防止機(jī)器故障，使用這種傳感器可以檢測(cè)機(jī)器潛在的故障以達(dá)到自保護(hù)，及避免對(duì)工人產(chǎn)生意外傷害，這種傳感器具有用戶，尤其是質(zhì)量行業(yè)的用戶所追求的可重復(fù)性、穩(wěn)定性和自生性。但是在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，很多用戶尚無(wú)使用這類(lèi)傳感器的意識(shí)，銷(xiāo)售商冒險(xiǎn)進(jìn)入這種尚待開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)會(huì)麻煩多多，因?yàn)榻K端用戶對(duì)由于使用這種傳感器而帶來(lái)的問(wèn)題和解決方法都認(rèn)識(shí)不多。
如果這些問(wèn)題能夠得到解決，將會(huì)促進(jìn)壓電傳感器得到更快的發(fā)展。2002年壓電傳感器市值為3億美元，預(yù)計(jì)其年增長(zhǎng)率將達(dá)到4.9%，到2007年達(dá)到4.2億美元。
使用PEPPERL+FUCHS加速度傳感器有時(shí)會(huì)碰到低頻場(chǎng)合測(cè)量時(shí)輸出信號(hào)出現(xiàn)失真的情況，用多種測(cè)量判斷方法一時(shí)找不出故障出現(xiàn)的原因，經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真的因素主要是：系統(tǒng)低頻響應(yīng)差，系統(tǒng)低頻信噪比差，外界環(huán)境對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響。 所以，只要出現(xiàn)PEPPERL+FUCHS加速度傳感器低頻測(cè)量信號(hào)失真情況，對(duì)比以上三點(diǎn)看看是哪個(gè)因素造成的，有針對(duì)性的進(jìn)行解決。
