压阻式加速度传感器简介

压阻式加速度传感器简介

Last updated on the afternoon of January 3, 2021

压阻式加速度传感器简介

结构与原理

压阻式加速度传感器的结构原理如下图所示，一质量块固定在悬臂梁的一端，而悬臂梁的另一端固定在传感器基座上，悬臂梁的上下两个面都贴有应变片并组成惠斯通电桥，质量块和悬臂梁的周围填充硅油等阻尼液，用以产生必要的阻尼力。质量块的两边是限位块，它们的作用是保护传感器在过载时不致损坏。

被测物的运动导致与其固连的传感器基座的运动，基座又通过悬臂梁将此运动传递给质量块。由于悬臂梁的刚度很大，所以质量块也会以同样的加速度运动，其产生的惯性力正比于加速度大小。而此惯性力作用在悬臂梁的端部使之发生形变，从而引起其上的应变片电阻值变化。在恒定电源的激励下，由应变片组成的电桥在就会产生与加速度成比例的电压输出信号。

MEMS压阻式加速度传感器

随着微机电技术的发展，如今大多数压阻式加速度传感器都是采用的MEMS结构，即整个传感器的核心部件（质量块、悬臂梁和支架）都是由一个单晶硅蚀刻而成，直接在硅悬臂梁的根部扩散出电阻并形成惠斯通电桥。

MEMS压阻式加速度传感器与上文介绍的应变片式加速度传感器相比，除了体积小、坚固性好之外，还有灵敏度高的优点。这主要是因为两者电阻变化的原理不同：应变片中的金属丝或金属箔在受力时其形状发生了变化，所以引起了电阻值小幅的改变；而硅材料在受力时，除了其形状发生变化外，更重要的是其材料特性发生了大的变化，所以引起了电阻值大幅的改变。一个典型的金属丝或箔式应变计的应变系数大约是，而硅材料的应变系数可达100。

另外，采用MEMS的加工技术，可以在同一硅片上制造出悬臂梁阵列（见下图），这就进一步提高了传感器的灵敏度、可靠性等。 特点与应用

压阻式加速度传感器的输出阻抗低，输出电平高，内在噪声低，对电磁和静电干扰的敏感度低，所以易于进行信号调理。它对底座应变和热瞬变不敏感，在承受大冲击加速度作用时零漂很小。

压阻式加速度传感器的一个最大优点就是工作频带很宽，并且频率响应可以低到零频（直流响应），因此可以用于低频振动的测量和持续时间长的冲击测量，如军工冲击波试验。

压阻式加速度传感器的灵敏度通常比较低，因此非常适合冲击测量，广泛用于汽车碰撞测试、运输过程中振动和冲击的测量、颤振研究等。