压阻式加速度计

结构与敏感机理

压阻式加速度计的基本结构由基座、悬臂梁（应变梁）和质量块组成。悬臂梁由单晶硅制成，其一端固定在基座上，另一端连接质量块；在悬臂梁根部两面扩散有四个电阻。当传感器受到加速度作用时，质量块产生惯性力，使悬臂梁发生弯曲变形，梁根部的应力通过压阻效应改变扩散电阻的阻值。

从惯性力到电阻变化

设质量块质量为 $m$，加速度为 $a$，则质量块受到的惯性力为 $F=ma$。该力使悬臂梁根部产生应变，扩散电阻的电阻变化率与应力（或应变）相关。四个电阻按电桥方式连接，梁弯曲时，位于梁两面相应位置的电阻分别承受拉应力或压应力，使其中两个电阻增大、另外两个电阻减小，从而在电桥输出端形成与加速度成比例的电压。

信号转换关系

电桥输出可表示为

其中 $U_o$ 为电桥输出电压，$\mathrm{\Delta }R$ 为电阻变化量，$\epsilon$ 为梁根部应变，$F$ 为惯性力，$a$ 为加速度。因此，在弹性范围内，输出电压与加速度成比例；对于动态输入，还需工作在有效机械/读出频带内（典型远低于共振频率），且压阻与电桥近线性、差动接线正确，才能在上述有效频带内近似按静态比例关系使用。

适用范围与条件

上述比例关系成立的前提是悬臂梁工作在弹性范围内，且加速度不超出传感器量程。课件中实物传感器标有“+/- 5g”，说明该器件具有正负方向的加速度测量范围；具体量程、灵敏度等参数应以器件规格为准，不能由结构图直接推断。