无方向性力平衡加速度传感器设计.pdfVIP

78 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 2008年 第27卷 第l1期 无方 向性力平衡加速度传感器设计 李彩华，李小军，颜世菊 (中国地震局 工程力学研究所 ，黑龙江 哈尔滨 150080) 摘 要：在传统力平衡加速度传感器技术基础上，通过增加低截止频率的高通滤波电路方法，设计出一种 新型无方向选择性的力平衡加速度传感器，使其既可以用来测量水平向低频振动信号，也可以用来测量垂 直向低频振动信号。 关键词：力平衡加速度传感器；低频振动；水平向；垂直向 中图分类号：TP212．12 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2008)11--0078一o3 Design ofnondirectionalforcebalanceaccelerometer LICai—hua，LIXiao-jun，YANShi-ju (InstituteofEngineeringMechanical，ChinaEarthquakeAdministration，Harbin150080，China) Abstract：A nondirectironal accelerometerbasedonthetechnologyofconventionalforcebalancedaeeelerometer isintroduced．Inthenondirectironalaeeelerometer．ahighpassbandfiltercircuitwithverylowcut—offfrequencyis usedtofulfillnondirectiona1vibration measurement．Sothesensorcan beused tomeasurehorizontalvibration signalorverticalverticalvibration． Keywords：forcebalancedaccelerometer；low—frequencyvibration；horizontal；vertical 0 引 言 器输出电压的大小与电容极板运动位移成正 比，而电容极 电容式力平衡加速度传感器是 目前发展比较成熟的一 板的位移量与传感器外壳体运动的加速度成正比，因此 ，电 种低频振动测量装置，具有动态范围大、低频性能好、灵敏 容中问极板的输出电压就是传感器壳体的运动加速度。 度高、体积小、结构简单等诸多优点 一，并且，测量精度高 本文提出的力平衡加速度传感器是一种采用差容作为 于无源型加速度传感器，因而，广泛地应用于地震测量、大 传感换能的闭环式传感器，内部被设计成单自由度振动系 型结构振动测试、道路平整度测试等低频振动测量。 统 ，其中，加速度计惯性元件 (中间极板)和2个固定电极 传统的力平衡加速度传感器分为水平方向传感器和垂 (上极板、下极板)组成可变电容器，当力平衡加速度传感 直方向传感器2种类型，在低频振动信号测量中，水平方向 器处于静止状态时(所安装的环境无振动)，传感器内部中 传感器测量水平方向(南北方 向、东西方 向)低频振动信 间极板处于平衡位置 ，即处于上极板、下极板的中间位置， 号，垂直方 向传感器测量垂直向低频振动信号。尽管这 当由于加速度而使惯性元件产生位移时，即电容器将位移 2种不同方向的加速度传感器 的机械原理和电路结构相 变化转换成静电电容的变化，再利用差动脉冲幅度调制电 同，但由于传感器内部机械零点的不同，造成这2种类型的 路，将电容变化转换成电压输出量 ，其原理图见图1。 加速度传感器在实际工程 中不能互换使用：为此，本文设 计一种既可测量水平振