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变电容式加速传感器
作者:勒振检测 发布日期:2020-04-20 22:52

 
电容式振动传感器是通过间隙或公共面积的改变来获得可变电容,再对电容量进行测定而后得到机械振动参数的。电容式振动传感器可以分为可变间隙式和可变公共面积式两种,前者可以用来测量直线振动位移,后者可用于扭转振动的角位移测定。
电容式加速度振动传感器在操作上与压阻式加速度振动传感器类似,因为它们测量桥接电路的变化。然而,它们不是电阻,而是测量电容的变化。传感元件由两个平行板电容器组成,以差分模式工作。它们依靠载波解调器电路或其等效电路产生与加速度成比例的电输出。有几种类型的电容元件。一种类型包含金属传感膜片和氧化铝电容器板。两个固定板将隔膜夹在中间,形成两个电容器。每个都有一个固定板,两个共用隔膜作为可移动板。

当暴露于加速度时,电容式加速度振动传感器经历由电极之间的距离变化引起的电容偏移。这种变化由于弯曲的移动而变化,弯曲也用作电极。
  当传感器被放置在地球的重力场或加速通过振动在测试结构上,所述弹簧质量经受的力成比例的弹簧质量块的质量和由管辖F =毫安。因此,弹簧质量根据弹簧方程线性偏转:
  该偏转导致电极和弹簧质量之间的距离变化。根据以下因素,这些变化对每个相对的电容器间隙有直接影响:
  电容式加速度振动传感器需要一个内置电路它具有两种功能:它允许电容变化对测量静态和动态事件有用,并将变化转换为与读出仪器兼容的电压信号。
  硅微机械加工技术可用于制造电容式加速度计以及压电和压阻式类型。硅的单晶性质,机械接头的消除以及机械止动件的化学加工产生具有高超范围能力的换能器。使用气体而不是硅油作为阻尼介质可在宽温度范围内扩展阻尼特性。中心质量的一系列凹槽和孔挤压气体,其热粘度相对于硅油的热粘度变化小,通过质量位移的结构。电容式MEMS加速度计可测量从<2 g到数百g的加速度以及高达1 kHz的频率,并可承受5000 g或更高的冲击水平。大多数都采用了将信号注入元件,完成桥接和调节信号的电子设备。这些加速度计的负面影响是有限的高频范围,相对较大的相移,以及比可比压电类型更高的本底噪声。
  .电容式加速度振动传感器通常包含两个电容,调制电路,增益和滤波。
  伺服(力平衡)加速度振动传感器
  到目前为止描述的加速度振动传感器可以被分类为“开环”设备。与加速度成比例的地震质量的偏转直接使用压电,压阻或可变电容技术测量。与该质量位移相关联的是由于挠曲中的非线性导致的一些小但有限的误差。伺服加速度计是“闭环”设备。它们将检测质量的内部偏转保持在极小的极限。质量保持在“平衡”模式,几乎消除了由非线性引起的误差。弯曲系统可以是线性的或下垂的。与反馈电流成比例的电磁力将质量保持在零位。当质量试图移动时,电容传感器检测其运动。
伺服加速度计的开环价格高。它们的范围通常小于50g,并且它们足够精确,可用于制导和导航系统。对于导航,三轴伺服加速度计通常与三轴速率陀螺仪组合在一个热稳定的机械隔离封装中作为惯性测量单元(IMU)。该IMU能够确定在太空中导航所需的六个自由度。它们将频率测量为DC(0 Hz),并且通常不会因其高频响应而受到追捧。但低频领域比较常用。
优点
1)温度稳定性好
电容式传感器的电容值一般与电极材料无关,这有利于选择温度系数低的材料,又因本身发热极小,影响稳定性甚微。而电阻传感器有铜损,易发热产生零漂。
2)结构简单
电容式传感器结构简单,易于制造和保证高的精度,可以做得非常小巧,以实现某些特殊的测量;能工作在高温,强辐射及强磁场等恶劣的环境中,可以承受很大的温度变化,承受高压力,高冲击,过载等;能测量超高温和低压差,也能对带磁工作进行测量。
3) 可以非接触测量且灵敏度高
可非接触测量回转轴的振动或偏心率、小型滚珠轴承的径向间隙等。当采用非接触测量时,电容式传感器具有平均效应,可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。
电容式传感器除了上述的优点外,还因其带电极板间的静电引力很小,所需输入力和输入能量极小,因而可测极低的压力、力和很小的加速度、位移等,可以做得很灵敏,分辨力高,能感应0.01μm甚至更小的位移。由于其空气等介质损耗小,采用差动结构并接成电桥式时产生的零残极小,因此允许电路进行高倍率放大,使仪器具有很高的灵敏度。

 

 

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