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传感器知识

    加速度传感器是一种把加速度这个物理信号转换成为可以测量的电信号的测量精密仪器。它的应用领域很广泛,例如国防和工业中进行振动和冲击的测量时,它都可以得到应用。
    差容式力平衡加速度传感器就是可以把待测的加速度这个物理信号转换成为电容器的电容量的相应改变。使用这种功能一般有变介电、变面积以及变间隙常量三种方法。而这种传感器就是使用变间隙这个方法,而且使用差动式的有关结构。它的优点有很多:灵敏度高、动态响应很好、结果很简单、可以进行无接触式的测量,分辨率很高,可以测量到很微小的位移量。而它自身的电容量通常比较小,只有几pF到几百pF,它的容抗却很高,可以高达几MΩ到几百MΩ,因此它对绝缘电阻的要求是比较高的,还有寄生电容是不可以忽略的。最近几年,因为技术的进步,集成电路应用越来越广泛,让电子线路跟传感器的极板变得很紧靠,让非线性以及寄生电容等等的缺点可以得到很好的克服。
   差容式力平衡加速度传感器机械那部分跟电路板紧紧地靠着,可以将加速度的改变量转换成为电容中间极的位移的改变量,然后由相关电路对位移的改变量进行检测,就会输出一个与之相对应的电压值,这样就可以得到加速度的值。为了传感器可以正常工作,一定要经过过零比较器的输出方波电压给电容两个极板提供偏置电压。
   下面介绍变间隙电容的工作原理:先以空气作为介质,平行板电容器是由两个平行的金属板组成的。下面讨论的情况都是忽略边缘的电场而带来的影响的。平板电容器电容量的变化为位移的函数,当把上极板固定的时候,下极板就会跟待测的处于运动状态的物体连接起来。如果待测的物体做左右位移或者是上下位移运动的时候,那么,电容量就会发生变化。而可以利用测量电路把此电容的改变量转换成为频率、电流以及电压等等的电信号输出,这样就可以利用输出信号的值来测定运动物体位移的改变量。如果将此变化使用到电容式差容式力平衡加速度传感器中的时候,如果出现加速度信号,电容就会发生变化,把它转换成为电压信号输出,利用这个电压信号就可以得到加速度的值。极板之间的电容跟两个极板之间的距离是成反比的,而且是双曲线的关系。因为它是非线性的缘故,因此在正常工作的时候,动极片通常不可以在整个间隙的范围中发生变化,反而是只可以把它的变化规定在一个比较小的范围里,这样可以让它跟电容的关系近似地成线性的关系。要使灵敏度变高,那么就得使起始的间隙变小,但是电容器击穿电压对它有一定的限制,除此之外,这给装配加工带来一定的困难。
    综合来说,要把电容式传感器做成电容式差容式力平衡加速度传感器,它的灵敏度可以变成是原来的两倍,非线性就会降低很多,而且它还可以减少由静电引力而带来的不好的影响,也可以很好地减少某些环境因素而引起的误差。
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