加速度是描述物體速度變化快慢的物理量，通過(guò)測量由于重力引起的加速度，你可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。通過(guò)分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設備移動(dòng)的方式。
為了測量并計算這些物理量，便產(chǎn)生了加速度傳感器。
加速度傳感器是一種能夠測量加速力，將加速度轉換為電信號的電子設備。加速力就是當物體在加速過(guò)程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進(jìn)的。另一種就是線(xiàn)加速度計。
加速度傳感器可應用在工業(yè)控制、儀器儀表；手柄振動(dòng)和搖晃、玩具、鼠標；汽車(chē)制動(dòng)啟動(dòng)檢測、報警系統；結構物、環(huán)境監視；工程測振、地質(zhì)勘探、地震檢測；鐵路、橋梁、大壩的振動(dòng)測試與分析；高層建筑結構動(dòng)態(tài)特性和**保衛振動(dòng)偵察上。
根據牛頓**定律：A（加速度）=F（力）/M(質(zhì)量)
只需測量作用力F就可以得到已知質(zhì)量物體的加速度。利用電磁力平衡這個(gè)力，就可以得到作用力與電流（電壓）的對應關(guān)系，通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的原理來(lái)設計加速度傳感器。
所以，加速度傳感器的本質(zhì)是通過(guò)作用力造成傳感器內部敏感部件發(fā)生變形，通過(guò)測量其變形并用相關(guān)電路轉化成電壓輸出，得到相應的加速度信號。
壓電式加速度傳感器是基于壓電晶體的壓電效應工作的。
某些晶體在一定方向上受力變形時(shí)，其內部會(huì )產(chǎn)生極化現象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力去除后，又重新恢復到不帶電狀態(tài)，這種現象稱(chēng)為“壓電效應”。
具有“壓電效應”的晶體稱(chēng)為壓電晶體。常用的壓電晶體有石英、壓電陶瓷等。
在加速度計受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動(dòng)頻率遠低于加速度計的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測加速度成正比。
S是彈簧 M是質(zhì)量塊 B是基座 P是壓電元件 R是夾持環(huán)
圖a是中央安裝壓縮型，壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統裝在圓形中心支柱上，支柱與基座連接。這種結構有高的共振頻率。然而基座B與測試對象連接時(shí)，如果基座B有變形則將直接影響拾振器輸出。此外，測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預緊力發(fā)生變化，易引起溫度漂移。
圖b為環(huán)形剪切型，壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動(dòng)時(shí)，壓電元件承受切應力。這種結構對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線(xiàn)性。
圖c為三角剪切形，結構簡(jiǎn)單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計，環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結劑會(huì )隨溫度增高而變軟，因此*高工作溫度受到限制。
壓電式加速度傳感器具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被*為廣泛使用的振動(dòng)測量傳感器。
雖然壓電式加速度傳感器的結構簡(jiǎn)單，商業(yè)化使用歷史也很長(cháng)，但因其性能指標與材料特性、設計和加工工藝密切相關(guān)，因此在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的同類(lèi)傳感器性能的實(shí)際參數以及其穩定性和一致性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其*大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率的信號。
壓阻式加速度傳感器是*早開(kāi)發(fā)的硅微加速度傳感器（基于MEMS硅微加工技術(shù)），壓阻式加速度傳感器的彈性元件一般采用硅梁外加質(zhì)量塊，質(zhì)量塊由懸臂梁支撐，并在懸臂梁上制作電阻，連接成測量電橋。在慣性力作用下質(zhì)量塊上下運動(dòng)，懸臂梁上電阻的阻值隨應力的作用而發(fā)生變化，引起測量電橋輸出電壓變化，以此實(shí)現對加速度的測量。
壓阻式硅微加速度傳感器的典型結構形式有很多種，已有懸臂梁、雙臂梁、4梁和雙島-5梁等結構形式。彈性元件的結構形式及尺寸決定傳感器的靈敏度、頻響、量程等。質(zhì)量塊能夠在較小的加速度作用下，使得懸臂梁上的應力較大，提高傳感器的輸出靈敏度。
在大加速度下，質(zhì)量塊的作用可能會(huì )使懸臂梁上的應力超過(guò)屈服應力，變形過(guò)大，致使懸臂梁斷裂。為此高gn值加速度擬采用質(zhì)量塊和梁厚相等的單臂梁和雙臂梁的結構形式，如圖所示。
基于世 界 領(lǐng) 先的MEMS硅微加工技術(shù)，壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數字電路中，廣泛應用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗、測試儀器、設備振動(dòng)監測等領(lǐng)域。
應變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導體材料制成電阻測量電橋，其結構動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統。
現代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設計具有很大的靈活性以適合各種不同的測量要求。在靈敏度和量程方面，從低靈敏度高量程的沖擊測量，到直流高靈敏度的低頻測量都有壓阻形式的加速度傳感器。
同時(shí)壓阻式加速度傳感器測量頻率范圍也可從直流信號到具有剛度高，測量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測量。超小型化的設計也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體的設計和應用具有很大靈活性，但對某個(gè)特定設計的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。
壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補償。在價(jià)格方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價(jià)具有很大的市場(chǎng)競爭力，但對特殊使用的敏感芯體制造成本將遠高于壓電型加速度傳感器。
電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。其中一個(gè)電極是固定的，另一變化電極是彈性膜片。彈性膜片在外力（氣壓、液壓等）作用下發(fā)生位移，使電容量發(fā)生變化。這種傳感器可以測量氣流（或液流）的振動(dòng)速度（或加速度），還可以進(jìn)一步測出壓力。
電容式加速度傳感器，具有電路結構簡(jiǎn)單，頻率范圍寬約為0～450Hz，線(xiàn)性度小于1%，靈敏度高，輸出穩定，溫度漂移小，測量誤差小，穩態(tài)響應，輸出阻抗低，輸出電量與振動(dòng)加速度的關(guān)系式簡(jiǎn)單方便易于計算等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)際應用價(jià)值。
但不足之處表現在信號的輸入與輸出為非線(xiàn)性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號源，因此電容傳感器的輸出信號往往需通過(guò)后繼電路給于改善。在實(shí)際應用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。
電容式加速度傳感器/電容式加速度計是對比較通用的加速度傳感器。在某些領(lǐng)域無(wú)可替代，如**氣囊，手機移動(dòng)設備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計采用了微機電系統(MEMS)工藝。在大量生產(chǎn)時(shí)變得經(jīng)濟，從而保證了較低的成本。
當被測振動(dòng)物體通過(guò)加速度計殼體有加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊偏離靜平衡位置，位移傳感器檢測出位移信號，經(jīng)伺服放大器放大后輸出電流，該電流流過(guò)電磁線(xiàn)圈，從而在長(cháng)久磁鐵的磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁恢復力，迫使質(zhì)量塊回到原來(lái)的靜平衡位置，即加速度計工作在閉環(huán)狀態(tài)，傳感器輸出與加速度計成一定比例的模擬信號，它與加速度值成正比關(guān)系。
伺服式加速度傳感器是一種閉環(huán)測試系統，具有動(dòng)態(tài)性 能好、動(dòng)態(tài)范圍大和線(xiàn)性度好等特點(diǎn)。其工作原理，傳感器的振動(dòng)系統由 "m-k”系統組成，與一般加速度計相同，但質(zhì)量m上還接著(zhù)一個(gè)電磁線(xiàn)圈，當基座上有 加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊偏離平衡位置，該位移大小由位移傳感器檢測出來(lái)，經(jīng)伺服放大器 放大后轉換為電流輸出，該電流流過(guò)電磁線(xiàn)圈，在長(cháng)久磁鐵的磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁恢復力，力圖使質(zhì)量塊保持在儀表殼體中原來(lái)的平衡位置上，所以伺服加速度傳感器在閉環(huán)狀態(tài)下工作。
由于有反饋作用，增強了抗干擾的能力，提高測量精度，擴大了測量范圍，伺服加速度 測量技術(shù)廣泛地應用于慣性導航和慣性制導系統中，在高精度的振動(dòng)測量和標定中也有應用。
5、三軸加速度傳感器
也是基于加速度的基本原理去實(shí)現工作的，加速度是個(gè)空間矢量，一方面，要準確了解物體的運動(dòng)狀態(tài)，必須測得其三個(gè)坐標軸上的分量；另一方面，在預先不知道物體運動(dòng)方向的場(chǎng)合下，只有應用三軸加速度傳感器來(lái)檢測加速度信號。
由于三軸加速度傳感器也是基于重力原理的，因此用三軸加速度傳感器可以實(shí)現雙軸正負90度或雙軸0-360度的傾角，通過(guò)校正后期精度要高于雙軸加速度傳感器大于測量角度為60度的情況。
目前的三軸加速度傳感器/三軸加速度計大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，產(chǎn)生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過(guò)相應的放大和濾波電路進(jìn)行采集。
三軸加速度傳感器具有體積小和重量(gm)輕特點(diǎn)，可以測量空間加速度，能夠全 面準確反映物體的運動(dòng)性質(zhì)，在航空航天、機器人、汽車(chē)和醫學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應用。
幾種加速度傳感器的比較
