來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。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。傳感器在加速過程中，通過對質(zhì)量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。一般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特性。

由于這個變形會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(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。隨著智能手機(jī)等消費(fèi)類電子的普及，要求設(shè)備具備更高的功能和可設(shè)計性，加速度傳感器為滿足使用中的工況環(huán)境和量程、精度等需求，要做正確的選型，我們來了解一下加速度傳感器有哪些選型要求。

一、靈敏度
傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一。傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測量振動的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動其振動量的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振動位移為 1mm， 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2（0.004g）；然而對高頻振動當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2（40000g）。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測量量程范圍，但對用于測量高低兩端頻率的振動信號，選擇加速度傳感器靈敏度時應(yīng)對信號有充分的估計。最常用的振動測量壓電式加速度計靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50~100 mV/g，電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。

二、量程范圍
加速度值傳感器的測量量程范圍是指傳感器在一定的非線性誤差范圍內(nèi)所能測量的最大測量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其測量范圍越小，反之靈敏度越小則測量范圍越大。IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定。而電荷輸出型測量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過實(shí)驗(yàn)來確定。

一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。同時因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號，結(jié)果使諧振波疊加在被測信號上造成信號失真輸出。因此在最大測量范圍選擇時，也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號不產(chǎn)生失真。

三、測量頻率范圍
傳感器的頻率測量范圍是指傳感器在規(guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)（±5%， ±10%， ±3dB）傳感器所能測量的頻率范圍。頻率范圍的高，低限分別稱為高，低頻截至頻率。截至頻率與誤差直接相關(guān)，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則，傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電參數(shù)所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，反之用于低頻測量的高靈敏度傳感器相對來說則一定體積大和重量重。
選擇加速度計的頻率應(yīng)高于被測物的振動頻率，有倍頻分析要求的加速度計頻響應(yīng)更高。土木工程是低頻，加速度計可選擇0.2Hz～1kHz左右，機(jī)械設(shè)備一般是中頻段，可根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、設(shè)備剛度等因素綜合估計頻率，選擇0.5Hz～5kHz的加速度計。沖擊測量高頻居多。

四、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指敏感材料晶體片感受振動的方式及安裝形式，有壓縮和剪切兩大類，常見的有中心壓縮、平面剪切、三角剪切、環(huán)型剪切。中心壓縮頻響高于剪切型，剪切型的環(huán)境適應(yīng)性好于中心壓縮型。如配用積分型電荷放大器測量速度、位移時，最好選用剪切型產(chǎn)品，這樣所得信號波動小，穩(wěn)定性好。

五、輸出型式
取決于系統(tǒng)和加速度傳感器之間的接口。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的，比如2.5V對應(yīng)0g的加速度，2.6V對應(yīng)于0.5g的加速度。數(shù)字輸出一般使用脈寬調(diào)制（PWM）信號。如果使用的微控制器只有數(shù)字輸入，比如BASIC Stamp，那就只能選擇數(shù)字輸出的加速度傳感器了，但是必須占用額外的一個時鐘單元用來處理PWM信號，同時對處理器也是一個不小的負(fù)擔(dān)。如果使用的微控制器有模擬輸入口，比如PIC/AVR/OOPIC，可以非常簡單的使用模擬接口的加速度傳感器，所需要的就是在程序里加入一句類似“acceleraTIon=read_adc（）”的指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。

六、內(nèi)置電路
內(nèi)置的概念是將電荷/電壓轉(zhuǎn)換放大電路置于加速度計內(nèi)，成為具有電壓輸出功能的傳感元件。它可分雙電源（四線）及單電源（二線并帶偏置的稱ICP）兩種，下面所指內(nèi)裝電路專指ICP型。目前，內(nèi)置電路傳感器在國內(nèi)使用較多的方面是用于機(jī)械故障、樁基檢測，不少在線監(jiān)測項(xiàng)目上也在使用該類產(chǎn)品。ICP傳感器的芯線作供電并又是信號輸出通道。內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計算：如選用目前最為通用的100mV/g，可測50g以內(nèi)振動，因?yàn)樵搨鞲衅鲃討B(tài)范圍±5Vp，如測量100g，則用50mV/g的加速度計，其余以此類推。內(nèi)置電路的優(yōu)勢是低價位，抗干擾好，可長線使用，但它的耐高溫、可靠性不如電荷輸出產(chǎn)品，且動態(tài)范圍也因輸出電壓和偏置電壓的作用而受到限制。

七、測量軸數(shù)量
對于多數(shù)項(xiàng)目來說，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用了。對于某些特殊的應(yīng)用，比如UAV，ROV控制，三軸的加速度傳感器可能會適合一點(diǎn)。三軸加速度傳感器可以實(shí)現(xiàn)雙軸正負(fù)90度或雙軸0-360度的傾角，通過校正后期精度要高于雙軸加速度傳感器大于測量角度為60度的情況。三軸加速度傳感器具有體積小和重量（gm）輕特點(diǎn)，可以測量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動性質(zhì)，在航空航天、機(jī)器人、汽車和醫(yī)學(xué)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

小結(jié)

加速度傳感器針對不同的應(yīng)用場景，也在特性上體現(xiàn)為不同的規(guī)格。用戶需根據(jù)自身的具體需要選取最適合的產(chǎn)品。如汽車車身沖擊傳感器或洗衣機(jī)等家電的振動傳感器等來說，需選用高頻的加速度傳感器；對于硬盤的跌落和振動保護(hù)，需要中頻以上的加速度傳感器；而手持設(shè)備的姿態(tài)識別和動作檢測只需低頻產(chǎn)品即可。

審核編輯黃昊宇