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解析压阻式加速度传感器的工作原理
来源:赛斯维传感器网 发表于 2013/5/20

  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。
 

  压阻式加速度传感器的应用应用可以分为系统反馈和导航仪器两种。前者是用于控制系统作为加速度信号反馈之用,后者是检测导航仪器的加速度。本文只介绍控制系统用压阻式加速度传感器、反馈元件。

 

  加速度传感器是检测运动物体的瞬时加速度,所测加速度信号经变换反馈给运动的动力机械,产生阻尼效应,解决运动物体的振荡,保证控制系统高精度的动态特性要求。目前,压阻式加速度传感器已用在步进电机作为动力机械的控制系统中。下面讨论压阻式加速度传感器在数控平面绘图机中永磁感应子式步进电动机的加速度闭环系统中的应用。
 

  应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥,其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。在灵敏度和量程方面,从低灵敏度高量程的冲击测量,到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的加速度传感器。
 

  同时压阻式加速度传感器测量频率范围也可从直流信号到具有刚度高,测量频率范围到几十千赫兹的高频测量。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。需要指出的是尽管压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性,但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围一般要小于压电型传感器。压阻式加速度传感器的另一缺点是受温度的影响较大,实用的传感器一般都需要进行温度补偿。在价格方面,大批量使用的压阻式传感器成本价具有很大的市场竞争力,但对特殊使用的敏感芯体制造成本将远高于压电型加速度传感器。
                
 

  为了使绘图机高速运动、平稳工作,常用加速度反馈电路形成闭环控制系统。采用永磁感应子式步进电动机的动子直接带动绘图工具,动子上装有三个加速度传感器,其中X方向一只,Y方向两只,分别测出X方向和Y方向的实际运动加速度。三个传感器反映了X、Y方向及扭转等运动的加速度大小。通过加速度闭环的校正作用,使动子的加速度与指令加速度一致。上图示出步进电动机X方向加速度反馈系统的原理框图。图中实际加速度X2偏离指令加速度Xl产生加速度误差△X,加速度误差△α经过转换后成为步进电动机电流的相角误差角Aθ。上述误差角△θ与函数发生器的正余弦输出相角sinθ、cosθ相乘,再分别进行加减运算,得到正余弦输出相角的函数,分别可写成

 

  sinθ+Δθcosθ≈sin(θ+Δθ)

 

  cosθ+Δθsinθ≈cos(θ+Δθ)

  

  上述函数通过高速驱动器分别在步进电动机两相绕组上施加正、余弦相角的电流,使动子沿X方向的运动加速度变为指令加速度数值。

 

  
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