[科普中国]-冲击加速度传感器

冲击加速度传感器，采用MEMS技术与微电子技术成果研制而成，集加速度传感器、信号变换器、电源变换器、信号滤波电路、饱和控制与温度补偿于一体，具有微体积、微功耗、微噪声、高集成、高稳定、高可靠、低温漂、环境适应性强等特点。

引言在工业自动控制、汽车、地震测量、军事和空间系统等领域中的许多场合都是用冲击加速度传感器，由于受工作环境的限制，要求冲击加速度传感器应具有高的谐振频率，动态性能要好，以保证快速、准确测试出被测对象的冲击力或冲击加速度。

特点及参数适用于最大量程达100000g 的冲击加速度参数测量与控制。

量程 ±100000g

频率响应 0.1～10000Hz

输出信号 0.15 ±50mv～4800mv(可变) 测量线性度、重复性及迟滞性

均优于1% 供电电压 ±15±0.5V 功耗

常见结构冲击加速度传感器的结构形式多，常见的有柱式、膜片式结构，图中是我们采用的周边圆支圆形规膜片结构，中心带敏感质量块。靠近圆膜片边缘应变最大的位置，用扩散参杂法沿径向110和切向110晶向扩散四个阻值相等的电阻条，经蒸渡铝电极链接4个性能一致的电阻构成惠斯顿电桥。1

技术指标特点1、大冲击测量。

2、重量轻、刚度高、响应快、温度特性好。

3、隔离浮置。2

主要技术指标

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传感器的选择灵敏度的选择加速度传感器产品介绍给出了参考量程范围，目的是让用户在众多不同灵敏度的加速度传感器中能方便地选出合适的产品，最小加速度测量值也称最小分辨率，考虑到后级放大电路噪声问题，应尽量远离最小可用值，以确保最佳信噪比。

最大测量极限要考虑加速度传感器自身的非线性影响和后续仪器的最大输出电压，估算方法：最大被测加速度×传感器的电荷/电压灵敏度，以上数值是否超过配套仪器的最大输入电荷/电压值，建议如已知被测加速度范围可在传感器指标中的“参考量程范围”中选择（兼顾频响、重量），同时，在频响、重量允许的情况下，灵敏度可考虑高些，以提高后续仪器输入信号，提高信噪比。1

频率选择生产厂给出的频响曲线是用螺钉安装的，一般将曲线分成二段：谐振频率和使用频率。使用频率的给值是按灵敏度偏差给出，有±10%、±5%、±3dB。谐振频率一般是避开不用，但也有特例，如轴承故障检测。

选择加速度传感器的频率应高于被测物的振动频率，有倍频分析要求的加速度传感器频响应更高。土木工程是低频，加速度传感器可选择0.2Hz～1kHz左右，机械设备一般是中频段，可根据设备转速、设备刚度等因素综合估计频率，选择0.5Hz～5kHz的加速度计。冲击测量高频居多。

加速度传感器的安装方式不同也会改变使用频响（对振动值影响不大），安装面要平整、光洁，安装选择应根据方便、安全的原则。

加速度传感器的重量、灵敏度与使用频率成反比，灵敏度高，重量大，使用频率低，这也是选择的技巧。

内部结构内部结构是指敏感材料晶体片感受振动的方式及安装形式，有压缩和剪切两大类，常见的有中心压缩、平面剪切、三角剪切、环型剪切。中心压缩频响高于剪切型，剪切型的环境适应性好于中心压缩型。如配用积分型电荷放大器测量速度、位移时，最好选用剪切型产品，这样所得信号波动小，稳定性好。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所