¿Cómo funciona el sensor de aceleración?
La mayoría de sensores de aceleración funcionan según el principio del efecto piezoeléctrico. El llamado efecto piezoeléctrico es "una fuerza externa ejercida sobre un cristal heteropolar sin centro de simetría. No sólo deformará el cristal, sino que también cambiará el estado de polarización del cristal y establecerá un campo eléctrico dentro del cristal. Este medio está polarizado debido a una fuerza mecánica. El fenómeno se llama efecto piezoeléctrico positivo.
En términos generales, los sensores de aceleración utilizan la deformación del cristal causada por la aceleración interna. Debido a que esta deformación produce un voltaje, la aceleración se puede convertir en una salida de voltaje simplemente calculando la relación entre el voltaje producido y la aceleración aplicada. Por supuesto, hay muchas formas de fabricar sensores de aceleración, como tecnología piezoresistiva, efecto de capacitancia, efecto de burbuja térmica, efecto de luz, etc., pero el principio más básico es que un medio se deforma debido a la aceleración, y esta deformación se mide y convertido a través de circuitos relevantes en salida de voltaje. Cada tecnología tiene sus propias oportunidades y problemas.
2. Clasificación de los sensores de aceleración
1. Tipo piezoeléctrico
Los acelerómetros piezoeléctricos también se denominan acelerómetros piezoeléctricos. También es un sensor inercial. El principio del acelerómetro piezoeléctrico es utilizar el efecto piezoeléctrico de cerámicas piezoeléctricas o cristales sensibles al tiempo. Cuando el acelerómetro vibra, también cambia la fuerza que ejerce la masa sobre el elemento piezoeléctrico. Cuando la frecuencia de vibración medida está muy por debajo de la frecuencia natural del acelerómetro, el cambio de fuerza es proporcional a la aceleración medida.
2. Tipo piezoresistivo
El sensor de aceleración piezoresistivo se basa en la tecnología de micromecanizado de silicio MEMS líder en el mundo. Tiene las características de tamaño pequeño y bajo consumo de energía, y es fácil. para integrarse en diversas simulaciones y circuitos digitales, ampliamente utilizados en experimentos de colisiones de automóviles, instrumentos de prueba, monitoreo de vibraciones de equipos y otros campos.
3. Capacitancia
El sensor de aceleración capacitivo es un sensor de capacitancia de paso de polo variable basado en el principio de capacitancia. Acelerómetro capacitivo/Acelerómetro capacitivo es un sensor de aceleración común. Es insustituible en algunos campos, como los airbags, los teléfonos móviles y los dispositivos móviles. Los acelerómetros capacitivos/Acelerómetros capacitivos utilizan tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) y se vuelven económicos en la producción en masa, garantizando así menores costos.
4. Tipo de servo
El sensor de aceleración del servo es un sistema de prueba de circuito cerrado con buen rendimiento dinámico, amplio rango dinámico y buena linealidad. Su principio de funcionamiento es que el sistema de vibración del sensor consta de un sistema "m-k", que es igual que un acelerómetro general, excepto que la masa M está conectada a una bobina electromagnética. Cuando hay una entrada de aceleración en la base, la masa se desvía de la posición de equilibrio, lo que es detectado por el sensor de desplazamiento, amplificado por el servoamplificador y convertido en una salida de corriente. La corriente fluye a través de la bobina electromagnética y genera una fuerza electromagnética restauradora en el campo magnético del imán permanente, tratando de mantener la masa en su posición equilibrada original en la carcasa del instrumento. La función de retroalimentación mejora la capacidad antiinterferencia, mejora la precisión de la medición y amplía el rango de medición. La tecnología de medición de la servoaceleración se usa ampliamente en navegación inercial y sistemas de guía inercial, y también se usa para medición y calibración de vibraciones de alta precisión.
3. La función del sensor de aceleración
La función del sensor de aceleración es medir la aceleración y obtener el valor de aceleración. Varios escenarios de aplicación comunes de sensores de aceleración son los siguientes.
1. Control del juego
El sensor de aceleración puede detectar cambios en el ángulo de inclinación, por lo que es muy sencillo controlar los objetos del juego inclinando el dispositivo portátil hacia adelante y hacia atrás.
2. Detección sísmica
Un sismómetro es un sensor especial utilizado para la exploración geológica y la medición de ingeniería. Es un sensor que convierte las vibraciones del suelo en señales eléctricas. Puede convertir la vibración del suelo causada por ondas sísmicas en señales eléctricas, que el convertidor A/D convierte en datos binarios para la organización, el almacenamiento y el cálculo de los datos.
3. Alarma de accidentes automovilísticos
Con el rápido desarrollo de la industria del automóvil, los automóviles se han convertido en uno de los principales medios de transporte para que las personas viajen, pero el número de víctimas provocadas por ellos. Los accidentes de tráfico también son muy grandes. En la era de la información moderna, el uso de alta tecnología para salvar vidas será uno de los principales temas de investigación.
El sistema de alarma de accidentes automovilísticos basado en la aceleración se basa en este concepto de diseño. Se cree que la popularidad de este sistema traerá más seguridad a la industria automotriz.
4. Función de podómetro
El sensor de aceleración puede detectar señales de CA y vibraciones de objetos. Cuando las personas caminan, producen ciertas vibraciones regulares. El sensor de aceleración puede detectar el punto de cruce por cero de la vibración, calculando así el número de pasos que la persona camina o corre y, por tanto, el desplazamiento del movimiento de la persona. Y el consumo de calorías se puede calcular mediante una fórmula determinada.
5. Detección de actitud de equipos o terminales
Los sensores de aceleración y giroscopios suelen denominarse sensores inerciales y se utilizan comúnmente en diversos dispositivos o terminales para lograr la detección de actitud y de movimiento. Es muy adecuado para personas que juegan juegos somatosensoriales. El sensor de aceleración puede utilizar la aceleración de la gravedad para detectar el ángulo de inclinación del dispositivo, pero se verá afectado por la aceleración del movimiento, lo que hará que la medición del ángulo de inclinación sea inexacta, por lo que normalmente se utilizan giroscopios y sensores magnéticos para compensar. Al mismo tiempo, los sensores magnéticos también utilizan el campo geomagnético para medir la orientación. El ángulo de azimut medido también es inexacto cuando cambia la corriente en el sistema o cuando hay material conductor magnético a su alrededor y cuando el dispositivo está inclinado. En este momento, es necesario utilizar un sensor de aceleración (sensor de inclinación) y un giroscopio para compensar.
Además de lo anterior, los sensores de aceleración también se utilizan ampliamente en muchos campos, como vibración y sacudida del mango, detección de arranque de freno de automóvil, medición de vibración de ingeniería, exploración geológica, pruebas y análisis de vibración, reconocimiento de vibración de seguridad. , etc.