电位器式加速度传感器设计

加速度传感器测速原理及电路图加速度传感器，英文名称为acceleration transducer, 是一种利用感受加速度并将其转换为电信号的方式来测量加速力(加速力即指作用于物体上使物体处于加速过程中的力)的设备。

目前已在汽车安全、智能产品、游戏控制等众多领域都得到广泛的应用。

加速度传感器的工作原理敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示。

当传感元件以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比a的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。

该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。

根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量。

当待测物运动时，支座和待测物同时加速运动。

压电元件受质量块与加速度相反方向的惯性力作用，就在晶体2个表面产生交变电荷(电压)。

当振动顿率远低于传感器的固有频率时,传感器的输出电荷(电压)正比于作用力2线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。

怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。

就可以得到F对应于电流的关系。

只需要用实验去标定这个比例系数就行了。

当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。

加速度传感器自然是对自身器件的加速度进行检测。

其自身的物理实现方式咱们就不去展开了,可以想象芯片内部有一个真空区域,感应器件即处于该区域,其通过惯性力作用引起电压变化,并通过内部的ADC 给出量化数值。

加速度传感器的应用多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的所谓的压电效应就是'对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 '。

课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。

传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。

现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。

传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。

压电式传感器是基于压电效应的传感器。

压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。

经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。

压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。

缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。

第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。

电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。

湖南科技大学课程设计课程设计名称：《传感器/测控电路》课程设计学生姓名：杨振峰学院：机电工程学院专业及班级：测控技术与仪器二班学号：1203030216指导老师：余以道、杨书仪2015年6月目录一.绪论 (1)二.课程设计的任务与要求 (1)三.课程设计的内容………………………1.课程设计方案的确定2.电位器式加速度传感器的基本原理3.传感器结构设计及计算4.测控电路的设计与计算四.总结与分析……………………………五.参考的文摘……………………………一、前言我国国家标准（GB 7665-1987）中传感器的定义是；“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的期间或装置”。

信息技术已成为当今全球的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。

传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域。

例如，化工产品自动生产，各种航天器上，生物工程、环境保护、灾情预报、生命科学等等每一项现代科学技术的研究以及人们的日常生活等，几乎无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。

因此，毫不夸张地说：没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展。

作为当代理工科而且学习过传感器，测控电路知识的大学生，学习如何设计一个简单实用的传感器并掌握其设计思路是非常有必要的。

二、课程设计的任务与要求1、传感器设计部分：①根据被测量选择传感器的类型；②根据被测量与电阻、电感、电容、电磁转换原理及压电、光电、热电效应等，选择传感器的性能和结构参数；③根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电路。

2、传感器测控电路设计部分：①将传感器敏感元件测量的物理量（如位移、加速度、温度、压力等）转换成电信号（电压、电流或电荷量）；②根据功能要求设计放大电路、滤波电路、调制解调电路、限幅电路等，提取有用信号，剔除无用信号；③经过A/D 转换、运算处理得到被测信号的各种所需参数。

第4章电位器式传感器基本题：4.1电位器的主要用途是什么？4.2电位器的特点是什么？4.3什么是电位器的阶梯特性？在实际使用时，它会给电位器带来什么问题？4.4研究非线性电位器的出发点是什么？如何实现非线性电位器？4.5什么是电位器的负载特性和负载误差？如何减小电位器的负载误差？4.6证明图4.4.5指出的“所设计的非线性特性3为原线性电位器负载特性2关于线性特性1的镜像”。

4.7一骨架截面为圆形的电位器，半径为a 。

现用直径为d 、电阻率为ρ的导线绕制，共紧密地绕了W 匝。

试导出该线绕式电位器的灵敏度表达式(注意：导线直径d 不可忽略)。

4.8试设计一电位器的电阻特性。

它能在带负载情况下给出X Y =的线性特性，如图4.1所示。

给定电位器的总电阻Ω=1000R ，负载电阻f R 分别为Ω50和Ω500。

计算时取X 的间距为0.1。

X 和Y 分别为相对输入和相对输出。

图4.1带负载的电位器4.9试设计一分流电阻式非线性电位器的电路及其参数。

要求特性如图4.2所示，所用线性电位器的总电阻为1000Ω，输出为空载。

图4.2非线性电位器的输出特性4.10图 4.3为一带负载的线性电位器。

试用解析和数值方法(可把整个行程分成10段)，求(a),(b)两种电路情况下的端基线性度。

图4.3带负载的电位器4.11有一非线性电位器R x ()，x 为行程，其范围为L x ≥≥0，且x L =时阻值为R 0。

当负载电阻为R f 时，其电压的输出特性为行程x 的线性函数。

试设计R x ()。

若R x ()是骨架截面积为圆形的线绕式电位器，试讨论其实现的可能方式，并用简图示意出最佳方案。

4.12图4.4给出了某位移传感器的检测电路。

in U =12V ，k Ω100=R ，AB 为线性电位器，总长度为150mm ，总电阻为30Ωk ，C 点为电刷位置。

问(1)输出电压out U =0V 时，位移x =?(2)当位移x 的变化范围为10～140mm 时，输出电压out U 的范围为多少？图4.4电位器式位移传感器检测电路4.13某线绕式电位器的骨架直径0D =10mm ，总长0L =100mm ，导线直径d =0.1mm ，电阻率6106.0-⨯=ρm ⋅Ω，总匝数W=1000。

加速度传感器电路设计与数据处理算法概述随着科技的发展，加速度传感器广泛应用于可穿戴设备、汽车安全系统、智能手机等领域。

本文将讨论加速度传感器电路设计与数据处理算法的相关内容，介绍加速度传感器的基本原理以及常用的电路设计方案和数据处理算法。

1. 加速度传感器基本原理加速度传感器是一种测量物体加速度的装置。

它通过测量由物体产生的惯性力来精确测量物体在三个方向上的加速度。

常用的加速度传感器包括压电式、微机电系统（MEMS）式和霍尔式等。

压电式传感器基于压电效应，当物体受到外力作用时，引起压电材料产生电荷分布的变化。

通过测量电荷的变化，可以推断物体的加速度。

这种传感器具有较高的测量精度和频率响应，但成本较高。

MEMS式传感器基于微机电系统技术，通过微米级电极和敏感质量体的结构，测量感应质量体的微小变位。

这种传感器具有小巧轻便、功耗低的优点，并广泛应用于移动设备和汽车等领域。

霍尔式传感器基于霍尔效应，通过测量磁场的变化来推断加速度。

这种传感器具有高灵敏度和良好的温度稳定性，但受到外界磁场的干扰较大。

2. 加速度传感器电路设计在加速度传感器的电路设计中，主要考虑传感器的功耗、噪声、输出电压范围和抗干扰性等因素。

为了减小功耗，可以采用低功耗的运放和电源管理电路，保证传感器的正常工作并延长电池寿命。

为了减小噪声，可以采用金属屏蔽以及滤波电路。

金属屏蔽可以有效地减少传感器周围的电磁辐射干扰，而滤波电路可以滤除高频噪声。

为了保证输出电压范围，可以采用自适应增益控制电路和电流平衡电路。

自适应增益控制电路能够根据实际情况调整传感器的增益，提高信号的动态范围。

电流平衡电路能够减小由于工艺差异引起的零点漂移。

为了提高传感器的抗干扰性，可以采用差分信号放大器和通道隔离电路。

差分信号放大器能够抵抗共模信号干扰，提高信号的稳定性。

通道隔离电路能够将传感器与处理器之间的电气耦合分开，减少互相之间的干扰。

3. 加速度传感器数据处理算法加速度传感器数据处理算法是将原始传感器数据转化为可用于后续应用的信息的过程。

电位器式传感器名词解释(一)电位器式传感器1. 什么是电位器式传感器电位器式传感器是一种基于电位器原理的传感器，通过测量电阻器的阻值变化来实现对外界环境的感知和测量。

其工作原理是通过改变电位器的滑动位置或长度，从而改变电阻值，进而反映出被测量物理量的变化。

2. 常见的电位器式传感器类型•线性电位器式传感器：线性电位器式传感器是一种能够产生连续线性变化输出的传感器。

常见的应用包括机械位移测量、角度测量等。

例如，大多数旋钮都采用线性电位器式传感器来实现对音量、亮度等的控制。

•旋转电位器式传感器：旋转电位器式传感器是一种能够通过旋转动作改变电位器滑动位置或长度的传感器。

常见的应用包括电子设备中的旋钮、电流调节器等。

例如，电子琴的音量调节旋钮就是一种旋转电位器式传感器。

•位移电位器式传感器：位移电位器式传感器是一种能够通过测量物体位移或位置变化来改变电位器滑动位置或长度的传感器。

常见的应用包括汽车的油门位置传感器、工业机械的位置控制等。

例如，汽车上的油门踏板会通过位移电位器式传感器来将踏板位置转换为汽车的加速度。

3. 电位器式传感器的优势和局限性•优势：–简单可靠：电位器式传感器结构简单，工作原理清晰，可靠性高。

–高精度：电位器式传感器可以实现较高的测量精度。

–低成本：与其他类型的传感器相比，电位器式传感器具有较低的成本。

•局限性：–有限的寿命：电位器式传感器因为滑动摩擦等原因，会存在一定的寿命限制。

–分辨率有限：电位器式传感器的分辨率相对于其他类型的传感器可能较低。

–受环境干扰：电位器式传感器容易受到环境因素的影响，例如温度、湿度等。

4. 总结电位器式传感器是一种基于电位器原理的传感器，常见的类型包括线性电位器式传感器、旋转电位器式传感器和位移电位器式传感器。

它具有简单可靠、高精度和低成本的优势，但也存在寿命有限、分辨率有限和受环境干扰等局限性。

在不同的应用场景下，可以根据需求选择适合的电位器式传感器类型。