电阻式加速度传感器

电阻式加速度传感器

电阻式加速度传感器是一种将加速度转换为电阻变化的传感器。加速度是运动参数，测量时首先通过质量惯性系统将加速度转换为力，再作用于弹性元件实现测量。根据牛顿第二定律，加速度 $a$ 与作用力 $F$ 和质量 $m$ 的关系为：

结构

应变电阻式加速度传感器的典型结构包括：

• 等强度梁：一端固定于壳体，另一端为自由端。
• 质量块：安装在等强度梁的自由端。
• 电阻应变片：粘贴在等强度梁上，通常为4片。
• 壳体：内部充满硅油以调节系统阻尼系数。

另一种结构采用单晶硅悬臂梁，其根部两面扩散有四个电阻，质量块位于梁的自由端。

工作原理

测量时，传感器壳体与被测对象刚性连接。当被测物体以加速度 $a$ 运动时，质量块受到与加速度方向相反的惯性力作用，使悬臂梁变形产生应变，传递给应变片，导致电阻应变片的电阻值发生变化，引起测量电桥不平衡而输出电压，该电压与加速度成比例，从而得出加速度的大小。

信号转换流程为：质量块受加速度作用 → 悬臂梁发生变形 → 4个电阻值变化 → 电桥输出与加速度成比例的输出电压。

频率特性与限制

物体的简谐振动固有频率 $f_0$ 由劲度系数 $k$（单位：N/m）和质量 $m$（单位：kg）决定：

在电阻式加速度传感器中，质量块需要带动弹性元件变形，因此质量块的质量不能太小，导致其固有频率较低。这种传感器主要用于低频（10～60Hz）的振动和冲击测量，不适用于频率较高的振动和冲击。