Акселерометър(шокови сензори), теория

Пиезоелектричният акселерометър измерва силата, причинена от ускорението на движеща се маса. Пиезоелектричен кристал се използва за преобразуване на тази сила в електрически изходен сигнал. Кристалът действа не само като преобразувател, но и като амортизираща пружина за масата. Фигурата показва типичен акселерометър (или шоков сензор) за автомобил.

шокови

Ориз. Пиезоелектричен акселерометър или шоков сензор

Кристалът е поставен под формата на слой между основата на сензора и инерционната маса и е фиксиран с резбова връзка. Силите на ускорение, действащи върху инерционната маса, предизвикват промяна в силата на натиск на кристала и по този начин генерират пиезоелектрично напрежение. Получените трептения се заглушават единствено благодарение на еластичността на кристалния материал. Това означава, че такъв сензор ще има ясно изразена резонансна честота и тя ще бъде много висока (над 50 kHz). При честоти до 15 kHz сензорът ще има плоска честотна характеристика (AFC).

Естествената резонансна честота на еластичната система се описва с формулата:

където f е резонансната честота, k е твърдостта на пружината (много висока в този случай), m е масата на товара (много малка в този случай).

Когато сензорът се използва като сензор за детонация в двигател, той ще открие и други вибрации. Те трябва да бъдат минимизирани чрез проследяване само на "детонационната зона" - няколко градуса на въртене на коляновия вал преди и след горна мъртва точка (ГМТ). Нежеланите сигнали се филтрират електрически. За откриване на сигнала от този тип сензор се използва усилвател с висок входен импеданс. Чувствителността на автомобилния сензор за детонация е около 20 mV/g (g = 9,81 m/s^2).