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PCB單軸加速度傳感器工作原理

時間:2025/3/6閱讀:298
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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工作原理,用于測量單方向上的加速度。其基本結構和工作原理如下:

1. 結構組成:

壓電材料:傳感器核心部件通常采用石英晶體或壓電陶瓷,這些材料在受到機械應力時會產生電荷。

質量塊-彈簧系統(tǒng):內部包含一個質量塊(慣性質量),通過彈簧或彈性結構固定在傳感器基座上。

2. 工作原理:

加速度作用:當傳感器受到外界加速度(如振動、沖擊)時,質量塊由于慣性相對基座產生位移。

應力產生電荷:質量塊的位移通過彈簧傳遞機械應力至壓電材料,壓電材料在應力作用下產生電荷(壓電效應)。

電荷轉換:產生的電荷量與加速度成正比,通過內部電路(如電荷放大器)將微弱的電荷信號轉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,可進一步通過ADC轉換為數(shù)字信號,由微處理器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行分析。

- 部分傳感器可能集成溫度補償電路,以提高測量精度和穩(wěn)定性。

4. 應用場景:

- 機械振動監(jiān)測(如設備故障診斷)

- 車輛碰撞檢測

- 結構健康監(jiān)測(橋梁、建筑)

- 運動控制與姿態(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 | 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 | ℃ |

| 零點偏移 | ≤ ±2 | mg |

| 非線性度 | ≤ 1 | %FS |

2. 工作原理數(shù)據(jù)關聯(lián)

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

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

- **溫度影響**:在-40℃時,零點偏移可能增加至±4mg,需進行溫度補償校準。

**3. 實際應用數(shù)據(jù)示例**

- **機械振動監(jiān)測**:某工業(yè)設備振動測試中,傳感器輸出信號頻譜分析顯示在60Hz處峰值,對應軸承故障特征頻率。

- **碰撞檢測**:車輛碰撞實驗中,傳感器在20ms內檢測到120g峰值加速度,觸發(fā)安全系統(tǒng)響應。

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

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