加速度传感器设计问题

趋势报告

在严苛和复杂的环境中研究、开发和测试产品时，加速度传感器能够提供宝贵的数据。 但在某些行业，采集数据（特别是高 g 值下的测量）可能比较困难。因为加速度传感器的应用取决于其精确度，所以在决定采用何种加速度传感器前，您需要考虑有哪些困难。

您要测量或测试的动态范围是多少？

高 g 值测试的结果难以预测，需要仔细考虑必要的传感器满量程范围。

使用加速度传感器时，您需要给自己预留充足的裕量，以确保测试结果可用并且测量范围不会超出加速度传感器的满量程输出。否则，一旦测量的 g 值高于加速度传感器的上限，信号会被截断，造成测试结果无效。

根据最佳实践标准，测试结果应为器件满量程的 30-40%，而且不得低于 10%。

如果测量范围过窄，测量精确度可能会受到影响。

您选择的测量带宽取决于多种因素，特别是测试类型和冲击面。

例如，如果要测量软着陆的下降，则窄带宽比较好。但如果要在强冲击试验（如弹药、汽车碰撞等）中测量 g 的峰值，则需要更大带宽。

对此类应用而言，冲击面十分重要：如果冲击力足够大，金属与金属的碰撞会导致带宽较高的加速度传感器脱离谐振频率。

为解决这一问题，可以使用阻尼加速度传感器来避免振铃并提供准确的测量结果。

如上所述，了解应用有助于确定您需要何种加速度传感器。但是，知道如何安装以及在何处安装加速度传感器也很重要。

此类“如何”及“何处”问题有助于明晰设计构建和测试条件的注意事项。

要获得最佳效果，加速度传感器应牢固安装在设备上。可以使用某些材料（氰基丙烯酸酯）将加速度传感器粘附到器件上，但应避免使用大多数类型的环氧树脂和胶水，因为它们会产生抑制剂的效果（吸收能量），从而影响加速度传感器的测量精确度。

此类“填料”会导致测试结果失真。

所有加速度传感器都需要针对特定的温度范围公差进行补偿，因此，您需要对测试条件有所了解才能获得准确的读数。

但这不表示只有环境温度才重要。安装加速度传感器的器件的温度以及其他任何相关环境条件也很重要。

湿度、雪、海拔、水下浸没等条件都会影响到采用何种加速度传感器才能取得最佳效果的决策。

此外，还有一个与天气无关的重要考虑因素 - 电磁干扰 (EMI)。对于在工业设备中的大型电动机上以及在 F1 赛车应用中安装加速度传感器，这尤为重要。

为了避免受到 EMI 的影响，可以使用电压抑制器和内部屏蔽层对加速度传感器加以保护。

不管面临何种条件，了解它们并选择在这些条件下表现最佳的加速度传感器至关重要。因为在这种情况下，风险不在于结果不准确，而是器件可能出现故障。

尽管加速度传感器的功能是测量 g 值加速度，它也能用于确定速度和位移。

如果需要对这些数据点进行测量，则需要直流器件。

有些人认为可以使用压电式加速度传感器来确定速度和位移，但有多项研究证明这不可行。原因在于：压电晶体的固有特性以及返回真实“0”读数所需的时间。

虽然可以使用压电式加速度传感器来确定峰值加速度，但如果对输出数据执行任何积分，则由 PZT 晶体引起的固有零点偏移将导致速度和位移不准确。

在高 g 值下，为了研究、开发和测试目的而采集数据的过程有其独特的挑战。

不管您打算在实验室（用于震动、冲击或下落测试测量）还是在现场（用于测量施工设备、测井设备、汽车碰撞测试或其他应用）使用加速度传感器，处理好上述问题都能确保您的结果准确、可重复和线性。