加速计或加速度传感器是一种用于测量物体加速度的设备。加速度是线性或角运动中的变化，并产生可测量的力。然后，这种力可以通过传感器内的各种机械装置之一进行测量。通过测量重力的影响，某些加速计还可以感知倾斜。
加速计的类型：
• 电容式
• 压电式
• 压阻式
• 热传导加速计
• 电磁加速计
• 伺服加速计
电容式加速计
这是一种利用电容变化来测量加速度的加速计。已知质量的物体，通常称为检测质量，悬挂在电容器的两个极板之间。每当有加速度时，悬挂的质量会摆动，从而改变其与电容器极板之间的距离。检测质量本身是一个金属结构，它形成了两个串联的电容器。电容的变化导致了整个装置电容的变化。
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电容原理 ：两个导电板之间的电容C由以下公式给出：
其中：
ϵ（epsilon）是极板之间介电材料的介电常数
A是极板的面积
d是极板之间的距离
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电容式（ MEMS ）加速计
主要特点：
电容式加速计通过检测固定电极和可移动电极之间由于运动引起的力所导致的电容变化来测量加速度。
高灵敏度、小尺寸和低功耗是电容式加速计的一些优点。
电容式加速计用于消费电子产品中的手势检测和自动屏幕旋转，如智能手机、平板电脑和游戏控制器。
湿度、温度和长期振动可能会影响这些传感器的性能。因此，需要定期校准以确保可靠的测量。
应用：
智能手机和平板电脑： 屏幕旋转、游戏控制和运动检测，如智能手机、智能手表、游戏控制等消费电子产品。
安全气囊系统 ：检测机车中的突然减速以触发安全气囊展开。
倾斜感应 ：用于建筑和农业设备，以确保在崎岖地形上的正常运行。
康复设备 ：在物理治疗期间监测患者的运动。
惯性导航系统 ：用于飞机和航天器，以测量加速度并在GPS不可用时帮助导航。
何时使用电容式加速计：
高灵敏度要求 ：当需要高精度测量小加速度时，可以使用电容式加速计。
低频加速度 ：电容式加速计适用于需要测量静态（如重力）和动态加速度的应用。
当电源效率至关重要 时：由于其低功耗，电容式加速计是便携式或可穿戴设备的理想选择。
当需要紧凑尺寸 时：电容式加速计非常紧凑且轻便，使其成为智能手机、平板电脑或医疗植入物等空间有限应用的理想选择。
DigiKey提供电容式加速计，例如来自NXP USA Inc.的型号为KITSTBLITE2EVM、KITSTARTER1EVM和KITSTARTER2EVM的产品。
压电式加速计
这些加速计利用压电效应作为加速度、振动和冲击测量的基础。加速度的机械应力导致传感器中压电材料的变形，可以通过电压表检测为电压。
在压电式加速计中，压电元件用于将质量块连接到加速计主体。
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当传感器框架经历加速度时，质量块由于其惯性对放置在其上的表面施加力。这种施加的力在压电材料中产生应力并产生电压。这种感应电压用于估计加速度。
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压电式（MEMS）加速计
特点
高频响应： 压电式加速计用于涉及从几赫兹到几千赫兹的高频振动分析。
高灵敏度： 这些设备对动态力高度敏感，使其成为检测小振动或高频信号的理想选择。
宽动态范围： 压电式加速计可以测量从非常低到极高的广泛加速度，使其适用于不同类型的应用。
自生成信号 ：压电效应生成信号，无需为传感元件本身提供外部电源，尽管信号调节电子设备可能仍需要电源。
应用
振动分析与监测： 监测工业机械中的振动，以预测维护需求并防止机械故障或损坏。
飞行测试： 在飞行测试期间测量飞机的振动和加速度，以确保结构完整性和性能。
地震检测： 监测地震学中的地面运动和振动，以检测和分析地震。
相机稳定： 一些高端相机使用压电加速计来检测和补偿微小振动，提高图像稳定性。
点击此处查看通过DigiKey提供的一些压电加速计：
得捷零件编号
原厂零件编号
制造商
2770-780988-01-ND
780988-01
NI
2770-780989-01-ND
780989-01
NI
V22B-ND
V22B
Mide Technology Corporation
V22BL-ND
V22BL
Mide Technology Corporation
V21B-ND
V21B
Mide Technology Corporation
V21BL-ND
V21BL
Mide Technology Corporation
V20W-ND
V20W
Mide Technology Corporation
V25W-ND
V25W
Mide Technology Corporation
压阻式加速计
在压阻式加速计中，每当设备经历由加速度引起的机械应力时，其电阻会发生变化。地震质量连接到压阻装置的一端。当传感器经历加速度时，地震质量的惯性会对压阻装置施加应力。
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压阻式（MEMS）加速计
特点：
高灵敏度： 压阻式加速计具有高灵敏度，可以检测到微小的加速度。它们在精度要求高的应用中特别有用。
动态和静态加速度测量： 压阻式传感器能够测量动态和静态加速度。与某些其他类型的加速计不同，压阻式加速计可以测量重力或稳态力、冲击和振动等。
宽工作温度范围： 它们可以在宽温度范围内工作，尽管设备的灵敏度可能会随温度变化。
电源需求： 与压电加速计不同，压阻式传感器需要持续电源供应才能工作。
应用
汽车碰撞测试： 广泛用于汽车碰撞测试，以测量车辆和乘员在碰撞过程中经历的加速度和力。
振动监测： 监测设备和结构中的振动，以检测潜在的故障或维护需求，特别是在低频情况下。
航空航天与国防： 在测试和操作期间测量飞机和航天器的加速度和振动力。为导弹和弹丸制导系统提供加速度数据，确保精确的目标和飞行路径控制。
医疗： 在心脏监测器等医疗设备中，用于检测心跳和运动。
热传导加速计
在热传导加速计中，传感器腔体内的热传递是加速度测量的基础。这种传感器不涉及其他加速计中的机械运动。加热器、温度敏感电阻（热电偶）、密封腔室和工作气体是热传导加速计的主要组成部分。温度敏感电阻（热电偶）分布在密封的气体腔室内，以测量气体温度的变化。
特点：
灵敏度： 它们非常适合低频加速度测量，包括静态和准静态力。
稳定性能： 它们在广泛的温度范围内高度稳定。
高度耐用和可靠： 由于没有接触的机械运动部件，这些设备非常耐用，适用于恶劣环境或需要长时间无需维护的应用。
功耗： 功耗非常低，适合节能关键的应用。
应用：
这些加速计用于测量重型机械的倾斜或倾角。
它们被用作倾角计，用于需要精确测量角度或倾斜的场合。
它们可用于监测大型结构（如桥梁、建筑物或塔楼）的振动，特别是在低频振动是一个关注点时。
在车辆稳定性评估中，例如在需要低频加速度数据的侧翻检测中。
它们可用于国防和航空航天应用，其中需要精确测量静态加速度。
电磁加速计
在电磁加速计中，电磁感应原理是加速度测量的基础。它由一个连接到悬挂在磁场中的线圈的地震质量组成。当传感器经历加速度时，地震质量移动，线圈也随之移动。这种线圈运动是相对于磁场的。这种相对运动改变了通过线圈的磁通量，从而在线圈端子上感应出电压。传感器内部固定有一个磁铁以产生稳定的磁场，弹簧用于将地震质量返回到其初始位置并提供恢复力。
特点：
它们对低频加速度高度敏感。它们用于地震监测或结构健康监测，因为它们需要低频测量。
电磁加速计可用于非常广泛的加速度范围，从非常低到非常高的力。
耐用且适合在恶劣条件下使用。
设备运行不需要外部电源。线圈本身通过地震质量与磁场之间的相对运动产生电力。
应用：
它们广泛用于地震仪中，以检测和测量地震的震级。
它们用于低频加速度测量，例如监测机械中的振动。
它们用于运输系统中，以监测车辆动态。例如，通过检测由列车引起的低频振动来监测轨道状况。
它们可用于地球物理研究和环境监测，以检测低频地面运动。
伺服加速计
伺服加速计是一种高精度加速度测量设备，它使用伺服机构来平衡地震质量的位移，从而测量加速度。地震质量、弹簧、检测设备（如光学传感器或电容传感器）、伺服机构和反馈电路是伺服加速计的主要组成部分。
每当有加速度时，地震质量会因惯性而位移。弹簧将其恢复到原始位置。光学或电容检测设备测量地震质量的位移，该位移与加速度成正比。
反馈回路保持系统内的力平衡。来自位置传感器（检测设备）的输出信号被放大并发送到扭矩发生器，扭矩发生器产生一个反作用力以将质量恢复到平衡位置。扭矩发生器的输出与传感器所经历的加速度成正比，使其能够提供高度精确的测量。
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伺服加速计
特点：
灵敏度 ：伺服加速计提供卓越的线性度和高灵敏度。
频率范围 ：这些传感器响应广泛的频率范围。静态加速度如重力和高频加速度可以轻松监测。
稳定性 ：由于它们的漂移极小，这些传感器适用于需要长期保持稳定性能的应用。
信噪比 ：由于反馈环路的参与，它们提供了高信噪比。
应用：
它们用于飞机、航天器、船舶和导弹的导航系统。
它们用于监测桥梁、建筑物等大型结构的倾斜和振动。
这些传感器用于汽车行业的碰撞测试，以测量车辆在碰撞过程中所受到的力。
它们用于武器稳定，以确保精确的火力控制。
加速计的关键考虑因素和选择技巧
由于有许多类型的加速计可供选择，您应为特定应用选择最佳和最合适的加速计，以确保最大的性能和可靠性。
首先，您必须确定最小和最大加速度测量范围。如果您选择范围较宽的传感器，分辨率可能会受到影响。如果范围太短，数据值可能会超过传感器的最大容量。
灵敏度是选择最佳加速计的最重要因素之一。对于高加速度值，低灵敏度加速计是合适的，而对于低加速度值，最好使用高灵敏度传感器。
在为特定应用选择传感器时，必须考虑传感器/加速计的功耗。
传感器的尺寸和重量是决定因素。较轻和较小的传感器适用于便携式设备。
选择易于安装和集成的传感器，以降低安装和维护成本。
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