关于振动传感器的分类及其应用

本文为大家介绍一下振动传感器的分类，以及实现的原理，希望大家喜欢。

一、振动传感器分类

所谓振动传感器，是由机械系统的振动能量启动工作，并向电气系统供给能量的变换器．基本可以分以下三类：

l  加速度检测(基本单位为m/s²)

l  速度检测型(基本单位为m/s)

l  变位检测型(基本单位为m)

其中加速度检测型和速度检测型是固定在振动物体上使用的，变位检测型为非接触式，在使用时无需安装在振动物体上。

上图为加速度、速度、位移在各频率情况时对同一谐波的监测的对比图从频率上说，加速度检测型主要用于中频到高频范围，速度检测型主要用于中频，变位捡测型主要用于中频到低频范围。一般来说，加速度检测型应用得最为广泛。

二、加速度传感器的分类

按照惯性检测质量的运动方式可分为线加速度传感器和角加速度传感器;

按照有无反馈信号可分为开环和闭环加速度传感器;

按照材料分类有硅微加速度传感器、石英加速度传感器、金属加速度传感器;

按照结构形式分类有梳齿式、跷跷板式、三明治式加速度传感器;

按照信号检测方式可分为压阻式、电容式、压电式、隧道电流式及谐振式等。那么后面简单介绍一下压阻式、电容式、压电式、隧道电流式及谐振式的特点和优劣势：

2.1压阻式

压阻式加速度传感器通常采用压敏电阻作为敏感元件。压敏电阻的电阻率变化与质量块的位移有关。其工作原理是将被测加速度转换为硅材料的电阻率变化来进行加速度的测量。

图1压阻式MEMS加速度传感器

压阻式加速度传感器的结构通常很简单，加工工艺与IC技术兼容，具有良好的直流响应特性。但是灵敏度很小(在20～50g量程下约为1～2mV/g)，温度效应严重，动态范围有限。

2.2电容式

电容式加速度传感器的敏感元件为固定电极和可动电极之间的电容器，是目前研究最多的一类加速度传感器，一般采用悬臂梁、固支梁或挠性轴结构，支撑一个当作电容动板电极的质量块，质量块与一个固定极板构成一个平板电容。其工作原理是在外部加速度作用下，校验质量块产生位移，这样就会改变质量块和电极之间的电容，将这种变化量用外围电路检测出来就可测量加速度的大小。一种电容式MEMS加速度传感器的示意图如图2所示。

图2一种典型的电容式MEMS加速度传感器结构

电容式加速度传感器有许多优点，比如高灵敏度、良好的直流响应特性、低温度效应和低功率耗散。但是，由于传感器输出的高阻抗，电容式加速度传感器

易受电磁干扰影响，可以通过硬件设计优化。

2.3压电式

压电式加速度传感器的敏感元件是压电材料，压电材料直接将作用于质量块的力转换为电信号。压电式MEMS加速度传感器的工作原理如图3所示。加速度传感器的质量块与压电材料相连，当输入加速度时，加速度通过质量块形成的惯性力加在压电材料上，使压电材料产生变形，压电材料产生的变形和由此产生的电荷(电压)与加速度成正比，输出电量经放大后就可检测出加速度大小。

压电式加速度传感器有如下优点：动态范围宽，在全部动态范围内线性度好，频率范围宽，质量轻。但是，由于电荷泄漏，压电式加速度传感器不适于测量线(零频)加速度，将压电薄膜与泄漏路径绝缘，可以达到接近零频率的平坦响应。而且由于压电效应，压电式加速度传感器温度效应严重，使用差动敏感器件可以减小这种温度效应。

2.4隧道电流式

隧道电流式MEMS加速度传感器由于其潜在的高性能和广阔的应用需求，一直以来成为研究的热点。隧道电流式MEMS加速度传感器的工作原理是利用电子势垒隧道效应，把输入的加速度转换为质量块的相对位移，再通过隧道效应将位移量转换为隧道电流的变化，最后用检测电路测出电流变化量从而获得相应

加速度的大小。图4为一种隧道电流式MEMS加速度传感器。

4隧道电流式MEMS加速度传感器

隧道电流式MEMS加速度传感器是加速度传感器在高灵敏度、高可靠性方面应用的一个典型代表，其频带宽、灵敏度极高，大约在10－9g左右，温度效应小，又由于质量块的机械活动范围小，因而线性度好，可靠性高。但是隧道电流式MEMS加速度传感器信号噪声大，工作电压高，加工难度大，成品率不高。

2.5谐振式

谐振式MEMS加速度传感器的工作原理是利用加速度使谐振频率发生变化，从而测量出加速度。当传感器的平行梁形状改变时，刚度也会改变，两对谐振器分别感应惯性力，这会在谐振频率的变化上显示出来，使二者频率改变，比较这两个频率就可以测量出加速度的大小。

谐振式MEMS加速度传感器的独特优点是可以直接输出数字，测量精度极高，是一种很有前途和应用价值的传感器，但是制作工艺复杂。其结构简图如图5所示。

图5谐振式加速度传感器结构简图

以上就是本次内容的全部啦，Witium自主研发的温振一体传感器采用的就是MEMS技术，每秒可捕捉超2万的设备振动数据点，并且可以三轴实时采集振动数据，实时同步输出，是WitExpert预测性系统非常重要的组成部分。下期为大家介绍MEMS技术和传统技术的区别和各自的优劣势。