電容式加速度振動傳感器在操作上與壓阻式加速度振動傳感器類似,因為它們測量橋接電路的變化。然而,它們不是電阻,而是測量電容的變化。傳感元件由兩個平行板電容器組成,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。兩個固定板將隔膜夾在中間,形成兩個電容器。每個都有一個固定板,兩個共用隔膜作為可移動板。
當(dāng)暴露于加速度時,電容式加速度振動傳感器經(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或加速通過振動在測試結(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,這些變化對每個相對的電容器間隙有直接影響:
電容式加速度振動傳感器需要一個內(nèi)置電路它具有兩種功能:它允許電容變化對測量靜態(tài)和動態(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。
硅微機械加工技術(shù)可用于制造電容式加速度計以及壓電和壓阻式類型。硅的單晶性質(zhì),機械接頭的消除以及機械止動件的化學(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,其熱粘度相對于硅油的熱粘度變化小,通過質(zhì)量位移的結(jié)構(gòu)。電容式MEMS加速度計可測量從<2 g到數(shù)百g的加速度以及高達1 kHz的頻率,并可承受5000 g或更高的沖擊水平。大多數(shù)都采用了將信號注入元件,完成橋接和調(diào)節(jié)信號的電子設(shè)備。這些加速度計的負面影響是有限的高頻范圍,相對較大的相移,以及比可比壓電類型更高的本底噪聲。
.電容式加速度振動傳感器通常包含兩個電容,調(diào)制電路,增益和濾波。
伺服(力平衡)加速度振動傳感器
到目前為止描述的加速度振動傳感器可以被分類為“開環(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。伺服加速度計是“閉環(huán)”設(shè)備。它們將檢測質(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)量試圖移動時,電容傳感器檢測其運動。
伺服加速度計的開環(huán)價格***高可達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)。對于導(dǎo)航,三軸伺服加速度計通常與三軸速率陀螺儀組合在一個熱穩(wěn)定的機械隔離封裝中作為慣性測量單元(IMU)。該IMU能夠確定在太空中導(dǎo)航所需的六個自由度。它們將頻率測量為DC(0 Hz),并且通常不會因其高頻響應(yīng)而受到追捧。