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- 解析壓阻式加速度傳感器的工作原理
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2013/5/20
加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當(dāng)物體在加速過(guò)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(gè)常量，比如g，也可以是變量。加速度計(jì)有兩種：一種是角加速度計(jì)，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進(jìn)的。
壓阻式加速度傳感器的應(yīng)用應(yīng)用可以分為系統(tǒng)反饋和導(dǎo)航儀器兩種。前者是用于控制系統(tǒng)作為加速度信號(hào)反饋之用，后者是檢測(cè)導(dǎo)航儀器的加速度。本文只介紹控制系統(tǒng)用壓阻式加速度傳感器、反饋元件。
加速度傳感器是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的瞬時(shí)加速度，所測(cè)加速度信號(hào)經(jīng)變換反饋給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力機(jī)械，產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，解決運(yùn)動(dòng)物體的振蕩，保證控制系統(tǒng)高精度的動(dòng)態(tài)特性要求。目前，壓阻式加速度傳感器已用在步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械的控制系統(tǒng)中。下面討論壓阻式加速度傳感器在數(shù)控平面繪圖機(jī)中永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加速度閉環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測(cè)量電橋，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。現(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性以適合各種不同的測(cè)量要求。在靈敏度和量程方面，從低靈敏度高量程的沖擊測(cè)量，到直流高靈敏度的低頻測(cè)量都有壓阻形式的加速度傳感器。
同時(shí)壓阻式加速度傳感器測(cè)量頻率范圍也可從直流信號(hào)到具有剛度高，測(cè)量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測(cè)量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大靈活性，但對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在價(jià)格方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價(jià)具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)特殊使用的敏感芯體制造成本將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。
為了使繪圖機(jī)高速運(yùn)動(dòng)、平穩(wěn)工作，常用加速度反饋電路形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子直接帶動(dòng)繪圖工具，動(dòng)子上裝有三個(gè)加速度傳感器，其中X方向一只，Y方向兩只，分別測(cè)出X方向和Y方向的實(shí)際運(yùn)動(dòng)加速度。三個(gè)傳感器反映了X、Y方向及扭轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)的加速度大小。通過(guò)加速度閉環(huán)的校正作用，使動(dòng)子的加速度與指令加速度一致。上圖示出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)X方向加速度反饋系統(tǒng)的原理框圖。圖中實(shí)際加速度X2偏離指令加速度Xl產(chǎn)生加速度誤差△X，加速度誤差△α經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后成為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電流的相角誤差角Aθ。上述誤差角△θ與函數(shù)發(fā)生器的正余弦輸出相角sinθ、cosθ相乘，再分別進(jìn)行加減運(yùn)算，得到正余弦輸出相角的函數(shù)，分別可寫(xiě)成
sinθ+Δθcosθ≈sin(θ+Δθ)
cosθ+Δθsinθ≈cos(θ+Δθ)
上述函數(shù)通過(guò)高速驅(qū)動(dòng)器分別在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相繞組上施加正、余弦相角的電流，使動(dòng)子沿X方向的運(yùn)動(dòng)加速度變?yōu)橹噶罴铀俣葦?shù)值。
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