加速度检测

加速度的定义与单位

加速度是表征单位时间内速度改变程度的矢量，等于速度变化量与发生这一变化所用时间的比值，单位为 $\mathrm{m}\mathrm{/}{\mathrm{s}}^2$。加速度方向与速度变化量方向相同，也与合外力方向相同。

加速度传感器的一般组成

加速度传感器（加速度计）通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和信号调理电路等部分组成。其基本测量原理是：在加速过程中，通过测量质量块所受的惯性力，利用牛顿第二定律获得加速度值。

压电式加速度检测的转换链

压电式加速度传感器采用压电效应法。其核心转换链为：

1. 被测物体振动，传感器基座随之运动，质量块受到与加速度方向相反的惯性力 $F=ma$（$m$ 为质量块质量，$a$ 为加速度）。
2. 该惯性力正比于加速度，并施加在压电片上。
3. 压电片利用压电效应，表面产生交变电荷。
4. 在振动频率远低于传感器固有频率的条件下，输出电荷（或电压）与作用力成正比，即与试件加速度成正比。

频率条件与适用范围

压电式加速度传感器要求振动频率远低于其固有频率，此时输出电荷与加速度成正比。若频率接近或超过固有频率，输出将不再正比于加速度。

加速度检测方法分类

根据敏感元件不同，常见加速度传感器包括电容式、电感式、压阻式、压电式等。接触式加速度计中，压电式测量动态范围大、频率范围宽、受外界干扰小；压阻式灵敏度高，但原始输出为电阻/桥模拟量，数字输出依赖额外调理与ADC，且抗干扰性差；电容式灵敏度高、测量误差小，适合低量程加速度。热对流式（热感式）加速度计内部气团充当敏感质量，但通常安装在被测物/基座上并随其运动，并非对被测物非接触；其抗冲击能力强、制造成本低，应用于小量程。