電容式加速度振動(dòng)傳感器在操作上與壓阻式加速度振動(dòng)傳感器類似,因?yàn)樗鼈儨y(cè)量橋接電路的變化。然而,它們不是電阻,而是測(cè)量電容的變化。傳感元件由兩個(gè)平行板電容器組成,以差分模式工作。它們依靠載波解調(diào)器電路或其等效電路產(chǎn)生與加速度成比例的電輸出。有幾種類型的電容元件。一種類型包含金屬傳感膜片和氧化鋁電容器板。兩個(gè)固定板將隔膜夾在中間,形成兩個(gè)電容器。每個(gè)都有一個(gè)固定板,兩個(gè)共用隔膜作為可移動(dòng)板。
當(dāng)暴露于加速度時(shí),電容式加速度振動(dòng)傳感器經(jīng)歷由電極之間的距離變化引起的電容偏移。這種變化由于彎曲的移動(dòng)而變化,彎曲也用作電極。
當(dāng)傳感器被放置在地球的重力場(chǎng)或加速通過(guò)振動(dòng)在測(cè)試結(jié)構(gòu)上,所述彈簧質(zhì)量經(jīng)受的力成比例的彈簧質(zhì)量塊的質(zhì)量和由管轄F =毫安。因此,彈簧質(zhì)量根據(jù)彈簧方程線性偏轉(zhuǎn):
該偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致電極和彈簧質(zhì)量之間的距離變化。根據(jù)以下因素,這些變化對(duì)每個(gè)相對(duì)的電容器間隙有直接影響:
電容式加速度振動(dòng)傳感器需要一個(gè)內(nèi)置電路它具有兩種功能:它允許電容變化對(duì)測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)事件有用,并將變化轉(zhuǎn)換為與讀出儀器兼容的電壓信號(hào)。
硅微機(jī)械加工技術(shù)可用于制造電容式加速度計(jì)以及壓電和壓阻式類型。硅的單晶性質(zhì),機(jī)械接頭的消除以及機(jī)械止動(dòng)件的化學(xué)加工產(chǎn)生具有高超范圍能力的換能器。使用氣體而不是硅油作為阻尼介質(zhì)可在寬溫度范圍內(nèi)擴(kuò)展阻尼特性。中心質(zhì)量的一系列凹槽和孔擠壓氣體,其熱粘度相對(duì)于硅油的熱粘度變化小,通過(guò)質(zhì)量位移的結(jié)構(gòu)。電容式MEMS加速度計(jì)可測(cè)量從<2 g到數(shù)百g的加速度以及高達(dá)1 kHz的頻率,并可承受5000 g或更高的沖擊水平。大多數(shù)都采用了將信號(hào)注入元件,完成橋接和調(diào)節(jié)信號(hào)的電子設(shè)備。這些加速度計(jì)的負(fù)面影響是有限的高頻范圍,相對(duì)較大的相移,以及比可比壓電類型更高的本底噪聲。
.電容式加速度振動(dòng)傳感器通常包含兩個(gè)電容,調(diào)制電路,增益和濾波。
伺服(力平衡)加速度振動(dòng)傳感器
到目前為止描述的加速度振動(dòng)傳感器可以被分類為“開(kāi)環(huán)”設(shè)備。與加速度成比例的地震質(zhì)量的偏轉(zhuǎn)直接使用壓電,壓阻或可變電容技術(shù)測(cè)量。與該質(zhì)量位移相關(guān)聯(lián)的是由于撓曲中的非線性導(dǎo)致的一些小但有限的誤差。伺服加速度計(jì)是“閉環(huán)”設(shè)備。它們將檢測(cè)質(zhì)量的內(nèi)部偏轉(zhuǎn)保持在極小的極限。質(zhì)量保持在“平衡”模式,幾乎消除了由非線性引起的誤差。彎曲系統(tǒng)可以是線性的或下垂的。與反饋電流成比例的電磁力將質(zhì)量保持在零位。當(dāng)質(zhì)量試圖移動(dòng)時(shí),電容傳感器檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)。
伺服加速度計(jì)的開(kāi)環(huán)價(jià)格***高可達(dá)10 3。它們的范圍通常小于50克,并且它們足夠精確,可用于制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)。對(duì)于導(dǎo)航,三軸伺服加速度計(jì)通常與三軸速率陀螺儀組合在一個(gè)熱穩(wěn)定的機(jī)械隔離封裝中作為慣性測(cè)量單元(IMU)。該IMU能夠確定在太空中導(dǎo)航所需的六個(gè)自由度。它們將頻率測(cè)量為DC(0 Hz),并且通常不會(huì)因其高頻響應(yīng)而受到追捧。