加速度振動(dòng)傳感器是一種測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)加速度的裝置。振動(dòng)或運(yùn)動(dòng)(加速度)變化引起的力使質(zhì)量“擠壓”壓電材料,產(chǎn)生與施加在壓電材料上的力成比例的電荷。因?yàn)殡姾膳c力成正比,質(zhì)量是一個(gè)常數(shù),所以電荷也與加速度成正比。
有兩種類型的壓電加速度計(jì)(振動(dòng)傳感器)。***種是“高阻抗”電荷輸出加速度計(jì)。在這種加速度計(jì)中,壓電晶體產(chǎn)生的電荷直接與測(cè)量?jī)x器相連。這種類型的加速度計(jì)也用于高溫應(yīng)用(>120C),在高溫應(yīng)用中,不能使用低阻抗模型。
第二類加速度計(jì)是低阻抗輸出加速度計(jì)。低阻抗加速度計(jì)的前端是電荷加速度計(jì),但它有一個(gè)微小的內(nèi)置微型電路和FET晶體管,可以將電荷轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓,從而很容易與標(biāo)準(zhǔn)儀器連接。
壓電加速度計(jì)依靠石英或陶瓷晶體的壓電效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生與外加加速度成比例的電輸出。壓電效應(yīng)在晶體上產(chǎn)生一個(gè)相反的帶電粒子積累。這種電荷與施加的力或應(yīng)力成正比。施加在石英晶體晶格結(jié)構(gòu)上的力會(huì)改變正負(fù)離子的排列,從而導(dǎo)致這些帶電離子在相對(duì)表面上積聚。這些帶電荷的離子聚集在***終受晶體管微電子技術(shù)制約的電極上。
在加速振動(dòng)傳感器中,晶體上的應(yīng)力是地震質(zhì)量對(duì)晶體施加力的結(jié)果。在規(guī)定的頻率范圍內(nèi),這種結(jié)構(gòu)近似地服從牛頓運(yùn)動(dòng)定律,f=ma。因此,累積電荷總量與作用力成正比,作用力與加速度成正比。電極收集電荷并通過(guò)電線將其傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)節(jié)器,該調(diào)節(jié)器可以是遠(yuǎn)程的,也可以內(nèi)置在加速度計(jì)中。
剪切模式設(shè)計(jì)了中心柱和地震質(zhì)量之間的傳感晶體的結(jié)合或“夾層”。壓縮環(huán)或螺柱施加產(chǎn)生剛性線性結(jié)構(gòu)所需的預(yù)載力。在加速度作用下,質(zhì)量使剪切應(yīng)力施加到感測(cè)晶體上。通過(guò)將傳感晶體與底座和外殼隔離,剪切加速度計(jì)在抑制熱瞬態(tài)和底座彎曲效應(yīng)方面表現(xiàn)出色。此外,剪切幾何結(jié)構(gòu)本身具有較小的尺寸,從而將對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)的質(zhì)量荷載效應(yīng)降至***低。