7模塊七、振動檢測(下)

1、機、電類傳感器與檢測技術(shù)項目教程模塊七、振動檢測 課件統(tǒng)一書號：ISBN 978-7-111-48817-0課程配套網(wǎng)站或 2015年2月第1版7/6/20221本模塊介紹“振動” 的基本概念、各種測振傳感器、激振的方法、各種激振器，簡要介紹頻譜圖、振動的頻譜分析，還介紹了MEMS加速度傳感器。內(nèi)容簡介今天是：7/6/20227/6/20222模塊七、振動檢測（下） 目錄進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入知識鏈接 振動的基本概念項目一、測振傳感器 項目二、振動的頻譜分析與故障診斷拓展閱讀 MEMS加速度傳感器現(xiàn)在時間是：13:557/6/20223任務(wù)二 渦流式位移傳感器測量振動一、認(rèn)識渦流效應(yīng)與渦流線圈的阻抗1渦

2、流效應(yīng)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中時，導(dǎo)體表面以及近表面就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流在金屬體內(nèi)自行閉合，這種由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的旋渦狀感應(yīng)電渦流（以下簡稱渦流）的現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。7/6/20224圖7-17 渦流效應(yīng)1渦流線圈 2導(dǎo)電工件 3渦流7/6/20225渦流傳感器工作原理 渦流效應(yīng)演示 當(dāng)渦流線圈與金屬板的距離x 減小時，電渦流線圈的等效電感L 減小，等效電阻R 增大，Q值降低，流過電渦流線圈的電流 i1 增大。 7/6/20226趨膚效應(yīng)工件表面產(chǎn)生的渦流在金屬導(dǎo)體的縱深方向不是均勻分布的，主要集中在金屬導(dǎo)體的表面，稱為趨膚效應(yīng)，也稱集膚效應(yīng)。高頻電流向?qū)Ь€外表面聚

3、集7/6/20227圓形導(dǎo)線中的電纜電流趨膚效應(yīng)示意圖a）直流電流時的均勻分布 b）中頻電流時中心部位電密度減小 c）高頻電流時，電流趨向表面分布高壓電力傳輸線的8分裂導(dǎo)線減小趨膚效應(yīng)7/6/20228電磁爐內(nèi)部的多股漆包線繞制的渦流線圈多股漆包線的原材料7/6/202292渦流線圈的等效阻抗渦流線圈受被測金屬工件影響后一次側(cè)線圈的阻抗Z與激勵頻率f、磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、金屬導(dǎo)體的形狀和表面因素（粗糙度、溝痕、裂紋等）r以及渦流線圈到金屬導(dǎo)體的距離有關(guān)。渦流線圈的等效阻抗Z可用以下函數(shù) f 的表達(dá)式來表示：Z=f（f、r、） （7-10）如果控制f、r不變，渦流線圈的阻抗Z就成為的單值函數(shù)，可以作

4、為非接觸式位移檢測傳感器；如果控制、f 不變，就可以用來檢測與表面因素r有關(guān)的表面電導(dǎo)率、表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或用來檢測與材料磁導(dǎo)率有關(guān)的材料型號、表面硬度等參數(shù)。渦流線圈的阻抗與f、r、之間的關(guān)系均呈非線性關(guān)系，必須由計算機進(jìn)行線性化處理或曲線擬合。7/6/202210二、渦流式傳感器探頭結(jié)構(gòu)圖7-18 渦流探頭結(jié)構(gòu)1扁平渦流線圈 2探頭殼體 3殼體上的位置調(diào)節(jié)螺紋 4印制電路板5夾持鎖緊螺母 6電源指示燈 7閾值指示燈 8輸出屏蔽電纜 9電纜插頭7/6/202211三、渦流探頭信號轉(zhuǎn)換電路（圖7-19）1定頻調(diào)幅式信號轉(zhuǎn)換電路AM電路：以輸出高頻信號的幅度來反映渦流探頭與被測金屬導(dǎo)體

5、之間的關(guān)系。石英晶體振蕩器通過耦合電阻R,向由探頭線圈和一個微調(diào)電容C0組成的并聯(lián)諧振回路提供一個穩(wěn)頻、穩(wěn)幅的高頻激勵信號，相當(dāng)于一個恒流源。當(dāng)被測振動體為非磁性金屬時，探頭線圈的等效電感Lx減小，并引起Q值下降，輸出電壓uLx 及Uo就大大降低7/6/202212圖7-20 定頻、調(diào)幅式的諧振曲線0探頭與被測物間距很遠(yuǎn)時 1非磁性金屬、間距較小時2非磁性金屬、間距與探頭線圈直徑相等時 3磁性金屬、間距較小時7/6/2022132調(diào)頻式電路FM電路：是將渦流線圈的電感量L與微調(diào)電容C0構(gòu)成LC振蕩器，以振蕩頻率f 作為輸出量。此頻率可以通過F/V轉(zhuǎn)換器（又稱為鑒頻器）轉(zhuǎn)換成電壓。也可以直接將頻

6、率信號（TTL電平）送到計算機的計數(shù)、定時器接口，計算出頻率的變化。測量轉(zhuǎn)換原理如圖7-21a所示。并聯(lián)諧振回路的諧振頻率為 （7-11） AM FM7/6/202214圖7-21 調(diào)頻式測量轉(zhuǎn)換電路原理框圖及鑒頻器特性當(dāng)渦流線圈與被測振動體的距離x變小時，渦流線圈的電感量L也隨之變小，引起LC振蕩器的輸出頻率變大，此頻率差可直接用計算機測量。如果要用模擬儀表進(jìn)行顯示或記錄時,必須使用鑒頻器,將f轉(zhuǎn)換為電壓Uo。如果被測金屬板處于振動狀態(tài)，與渦流探頭的距離周期變化，鑒頻器的輸出信號為同頻率的交流電壓。a）測量轉(zhuǎn)換原理 b）鑒頻器特性7/6/202215四、渦流式測振傳感器的特性YD9800系列

7、電渦流位移傳感器特性 探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關(guān)系？ 線圈直徑/mm殼體螺紋/mm線性范圍/mm最佳安裝距離/mm最小被測面/mm 分辨力/m5M8110.515111M141.54235425M161.58470850M3022512100107/6/202216五、被測振動體材料,形狀,大小對靈敏度的影響1）對于非磁性材料，被測振動體的電導(dǎo)率越高，靈敏度就越高。但被測振動體是導(dǎo)磁材料時，其磁導(dǎo)率將影響渦流線圈的感抗，其磁滯損耗也將較大地影響渦流線圈的Q值，所以其靈敏度變高。2）當(dāng)被測振動體為圓盤狀物體的平面時，物體的直徑應(yīng)大于線圈直徑的2倍；被測振動體為軸狀圓柱體的圓弧表面時，

8、它的直徑應(yīng)為線圈直徑的4倍以上。3）被測振動體的厚度應(yīng)在0.2mm以上。4）在測量時，渦流式傳感器探頭周圍除被測導(dǎo)體外，應(yīng)盡量避開其他導(dǎo)體，以免干擾高頻磁場，引起線圈的附加損失。7/6/202217六、渦流式傳感器用于振動位移的檢測圖7-22 非接觸振幅測量方法a）徑向振動測量 b）長軸振型測量 c）葉片振動測量1渦流式傳感器 2被測物7/6/202218 例7-4 用渦流式測振儀檢測軸向竄動如圖7-23a所示。已知傳感器的靈敏度K=2.5V/mm，最大線性范圍（優(yōu)于5%）xmax=8mm?，F(xiàn)將傳感器安裝在主軸的右側(cè)，使用計算機記錄下的振動波形如圖7-23b所示。求： 1）主軸振動的基頻 f

9、是多少赫茲？ 2）軸向振動的振幅峰峰值xpp為多少微米？ 3）為了得到較好的線性度與最大的測量范圍，傳感器與被測金屬的安裝距離0應(yīng)為多少毫米？ 4）振動波形不是正弦波的原因有哪些？7/6/202219解 1）主軸振動的基頻 f=1/T=1(40ms/2)=50Hz。2）軸向振動的振幅峰峰值xpp=Upp/K=5(2.5V/mm)=2mm。3）為了在動態(tài)下獲得較好的線性度，間隙應(yīng)為量程的一半，所以傳感器與被測金屬的安裝距離0=0.5xmax=0.58mm=4mm。4）振動波形不是正弦波的原因有：軸向振動本身就不是簡諧振動，含有大量的高次諧波；被測面不平整；渦流式傳感器的支架與基座直徑存在微小的共

10、振等。圖7-23 用渦流式測振儀檢測軸向竄動a）軸向竄動的檢測 b）振動波形7/6/202220表7-7 汽輪機-發(fā)電機組軸相對振動的限值（位移峰峰值，單位m）級段轉(zhuǎn)速/rmin-11500180030003600A100908075B200185165150C3002902602407/6/202221任務(wù)三 磁電式傳感器測量振動磁電式傳感器的工作原理是電磁感應(yīng)。它能將被測速度轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電動勢，也稱為電動式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈中的感應(yīng)電動勢幅值由磁通的變化率決定。磁通量的變化可以通過很多方法來實現(xiàn)：如磁鐵與線圈之間作相對運動；磁路中磁阻的變化等。磁電式傳感器是一種機-電能量變換的自

11、發(fā)電型傳感器，現(xiàn)場不需要供電電源，輸出信號強，輸出阻抗小，信號處理電路簡單，但尺寸和重量均較大，不適合高頻振動檢測。7/6/202222一、動圈式磁電傳感器圖7-24 磁電式速度傳感器a）動鐵式結(jié)構(gòu) b）動圈式結(jié)構(gòu)1頂桿（與被測振動體接觸） 2限位器 3、8波紋膜片支撐 4磁鐵 5鐵心6動圈 7動圈引線 9殼體 10支撐彈簧 11固定線圈 12線圈框架 13被測振動體7/6/202223二、動鐵式磁電傳感器當(dāng)振動頻率遠(yuǎn)高于永久磁鐵及彈簧組成的彈性系統(tǒng)的固有頻率時，永久磁鐵來不及跟隨振動體一起振動，幾乎靜止不動，所以永久磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近于被測振動體的振動速度。線圈與磁鐵之間的相對

12、運動使線圈切割磁力線，產(chǎn)生與運動速度成正比的感應(yīng)電動勢，只適合于低頻振動檢測。7/6/202224任務(wù)四 振動的激振與激振 激振器有脈沖力錘式、機械偏心輪式、機械凸輪式、電液式（振動力可達(dá)10kN）和電動式等幾種類型。電動式激振器也稱“電動式振動臺”?？煞譃橛来攀胶蛣畲攀絻煞N。前者用于小型激振器，后者多用于大型振動臺。7/6/202225激振的主要方式（1）穩(wěn)態(tài)正弦激振：穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡諧激振，它是借助于激振設(shè)備對被測對象施加一個頻率可控的簡諧激振力， (t)=Fsint。它的優(yōu)點是激振功率大、信噪比高、能保證響應(yīng)測試的準(zhǔn)確度。但由于系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)需要一定的時間，特別是當(dāng)系統(tǒng)阻尼較小時，要有足

13、夠的穩(wěn)定時間。（2）隨機激振：隨機激振一般用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為信號源，是一種帶寬激振方法。白噪聲發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機信號。（3）瞬態(tài)激振：瞬態(tài)激振給被測系統(tǒng)提供的激振信號是一種瞬態(tài)信號，屬于一種寬頻帶激振。目前常用的瞬態(tài)激振方法有脈沖錘擊等?？梢杂们脫翦N對試件直接施加脈沖力。7/6/202226一、電動式激振器圖7-25 電動式激振器1固定螺栓（或橡膠扎帶） 2振動臺面 3頂桿 4限位器 5下凹支撐彈簧片（兩片） 6動圈引線7接線端子 8動圈 9永久磁鐵 10環(huán)形軟鐵心 11心桿 12上凸支撐彈簧片 13殼體 14剛性支架右圖:結(jié)構(gòu) 左圖:外形右圖:結(jié)構(gòu) 左圖:外形7/6/2022

14、272電動式激振器的安裝對于固定工作或極低頻，應(yīng)將激振器剛性固定于地面，要求激振器和支架、夾具等形成的振動系統(tǒng)的共振頻率高于激振器的工作頻率34倍；激振工作頻率5Hzf100Hz時，激振器用具有彈性的支撐固定在地面；在進(jìn)行較高頻率激振或當(dāng)激振器無法采用上述兩種方法固定于地面時，可將激振器依靠彈簧、橡膠等彈性元件固定在被測振動體上方的頂面上，要求激振器和彈簧所形成的振動系統(tǒng)共振頻率低于激振最低工作頻率34倍；7/6/202228電動式激振器的安裝（續(xù)）將激振器用彈簧支撐在被測振動體上（如橋梁、飛機的機翼等結(jié)構(gòu)），適用于被測振動體的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激振器且激振頻率大于激振器和彈性支撐所形成的振動系統(tǒng)共

15、振頻率的場合；當(dāng)需要進(jìn)行水平激振時，激振器應(yīng)水平懸掛。懸掛彈簧的吊桿應(yīng)傾斜角。7/6/202229圖7-26 電動式激振器的安裝a）激振器直接固定在地面 b）激振器用具有彈性的支撐固定在地面 c）激振器用具有彈性的支撐固定在頂面d）激振器固定在被測振動體上方 e）激振器固定在側(cè)面k彈簧 c阻尼7/6/2022303振動體振動參數(shù)的激光干涉檢測方法圖7-27 激光干涉測振系統(tǒng)1氦氖激光器（或LD） 2分光鏡 3反光膜 4被校測振傳感器 5參考反射鏡 o0測量光束 o1振動體反射光束 o2振動體光束 e0參考光束 e1參考鏡反射光束 e2參考鏡光束7/6/202231半導(dǎo)體激光器（LD）半導(dǎo)體激光

16、器的發(fā)光波長隨溫度變化為0.20.3nm/。在室溫附近，溫度每升高1，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光強度會相應(yīng)地減少1。氦氖激光器7/6/202232二、力錘激振力錘由錘頭墊、測力傳感器、附加質(zhì)量塊（配重）和錘柄等幾部分組成。錘頭墊與質(zhì)量塊之間裝有一個測力傳感器，以測量被測系統(tǒng)所受錘擊力的大小。錘擊的能量與質(zhì)量、初速度的乘積的平方成正比；錘擊的激振力與錘擊質(zhì)量、錘頭的材料（鋼、鋁、橡膠、塑料等）有關(guān)。較重的力錘適合于體積和質(zhì)量較大的被測振動體。 7/6/202233圖7-28 力錘a）結(jié)構(gòu) b）外形 c）激振的時域波形1錘頭墊 2測力傳感器 3錘柄 4配重7/6/202234圖7-29 力錘法激振系統(tǒng)示意

17、圖1力錘 2壓電式加速度計7/6/202235項目二 振動的頻譜分析與故障診斷【項目教學(xué)目標(biāo)】 知識目標(biāo)1）了解時域圖及頻域圖。2）了解諧波分析原理。 技能目標(biāo)1）掌握識讀譜圖的方法。2）掌握齒輪箱的故障診斷。回目錄現(xiàn)在時間是：13:557/6/202236任務(wù)一 時域圖與頻域圖的識別一、時域圖形示波器可以觀察到振動加速度的波形圖，其橫軸是時間，縱軸是信號的變化。時域內(nèi)的玻璃破碎信號時域圖形 7/6/202237二、頻域圖形橫坐標(biāo)為頻率f，縱坐標(biāo)可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了在頻率范圍之內(nèi)對應(yīng)于每一個頻率的振動分量的大小，也稱“譜圖”。專門用于測量和顯示頻譜圖的儀器稱為頻譜儀。圖

18、7-31 空調(diào)壓縮機在720r/min帶負(fù)載時的譜圖7/6/202238頻譜儀外形頻域圖形（頻譜圖）7/6/202239三、諧波的合成和分析舉例柴油機機活塞振動時域圖不是簡諧振動，包括了其他的振動分量。從頻譜儀得到的譜圖中可以看到，活塞的振動是由5Hz和10Hz等多個振動分量合成的，10Hz的幅值比5Hz幅值低，20Hz的幅值更低。7/6/202240同一臺空壓機的時域圖形和頻域圖形比較7/6/202241從時域和頻域觀察復(fù)雜波形中的多個正弦信號7/6/202242標(biāo)準(zhǔn)方波可分分解成同頻率的基波及3、5、7等奇次諧波，但不存在偶次諧波。 方波也可以由基波及3、5、7奇次諧波合成的波形如紅色失真

19、的方波，與真正的方波相比，有一些誤差。7/6/202243基波與3次諧波合成的波形.與真正的方波相比，誤差較大。7/6/202244振動時域/頻域圖形（參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料）不同頻率的正弦波頻譜變化7/6/202245振動時域/頻域圖形（續(xù)）（參考東方振動和噪聲技術(shù)研究所資料）包含高次諧波的頻譜7/6/202246掌上頻譜分析儀虛儀掌上頻譜分析儀由聲卡實時雙蹤頻譜分析儀組成。能連續(xù)監(jiān)視輸入信號。 提供了一套完整的信號測試與分析功能，包括：雙蹤波形、波形相加、波形相減、李莎育圖、電壓表、瞬態(tài)信號捕捉、RMS絕對幅度譜、相對幅度譜、相位譜、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)等。采集到的數(shù)據(jù)和分析后

20、的數(shù)據(jù)保存為標(biāo)準(zhǔn)的WAV波形文件或TXT文本文件。7/6/202247基于聲卡的頻譜分析儀7/6/202248任務(wù)二 機械設(shè)備的振動故障頻譜分析一、機械設(shè)備振動的故障原因分析機械設(shè)備振動的故障原因有：轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻（稱為原始不平衡）或設(shè)備的系統(tǒng)共振點與轉(zhuǎn)速的基波重合；流體動力激振；旋轉(zhuǎn)零部件飛脫、跑偏或與靜止部位碰撞等；旋轉(zhuǎn)軸兩端軸承或聯(lián)軸器高度、平行度不一致（稱為“不對中”）；旋轉(zhuǎn)軸熱彎曲；滑動軸承油膜振蕩；滾動軸承磨損；電動機與設(shè)備之間的齒輪箱磨損；設(shè)備框架或基礎(chǔ)松動等。7/6/202249任務(wù)二 機械設(shè)備的振動故障頻譜分析一、機械設(shè)備振動的故障原因分析機械設(shè)備振動的故障原因有：

21、轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻（稱為原始不平衡）或設(shè)備的系統(tǒng)共振點與轉(zhuǎn)速的基波重合；流體動力激振；旋轉(zhuǎn)零部件飛脫、跑偏或與靜止部位摩擦、碰撞等；旋轉(zhuǎn)軸兩端軸承或聯(lián)軸器高度、平行度不一致（稱為“不對中”）；旋轉(zhuǎn)軸熱彎曲；滑動軸承油膜振蕩；滾動軸承磨損；電動機與設(shè)備之間的齒輪箱磨損；設(shè)備框架或基礎(chǔ)松動等。振動故障分析的任務(wù)是給每條譜線以物理解釋：振動頻譜中存在那些頻譜分量？每個頻譜分量的幅值多大？頻譜分量彼此間存在什么關(guān)系？如果存在明顯的高幅值頻譜分量，它的來源等。7/6/202250二、機械設(shè)備振動故障分析案例圖7-33 減速箱的故障測試a）減速箱結(jié)構(gòu) b）減速箱的振動測試1負(fù)載 2聯(lián)軸器 3減速箱

22、4壓電式測振傳感器 5電動機7/6/202251依靠頻譜分析法進(jìn)行故障診斷 減速箱故障分析7/6/202252從圖7-34a的時域圖只能看到雜亂的信號，較難從中得到有用的結(jié)論。而從圖7-31b的譜圖上可以看到，在6.9Hz左右有一根較高的譜線。測得磨煤機筒體的轉(zhuǎn)速在22r/min附近波動，大約相當(dāng)于0.366r/s。查閱該齒輪箱的資料得知：與磨煤機筒體嚙合的大齒輪為36齒，與大齒輪嚙合的小齒輪為19齒，將轉(zhuǎn)速（0.366r/s）乘以小齒輪的齒數(shù)（19齒），乘積恰好與該譜線（6.9Hz）吻合，故6.9Hz的譜線為齒輪的“嚙合頻率”。嚙合頻率兩旁還出現(xiàn)許多小譜線（稱為邊頻帶），邊頻帶越高，說明小齒

23、輪磨損越嚴(yán)重。圖7-347/6/202253某旋轉(zhuǎn)機械的不平衡頻譜圖(圖7-35)a)嚴(yán)重不平衡前3個月的頻譜 b)嚴(yán)重不平衡時的頻譜 c）排除故障后的頻譜除塵風(fēng)機軸承時域圖與頻譜圖的比較7/6/202254拓展閱讀 MEMS加速度傳感器MEMS是微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文縮寫。MEMS是美國的叫法，在日本被稱為微機械，在歐洲被稱為微系統(tǒng)，它是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來

24、的，目前MEMS加工技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物學(xué)等領(lǐng)域，從而實現(xiàn)生物化學(xué)等實驗室技術(shù)流程的芯片集成化?；啬夸?/6/202255拓展閱讀 MEMS加速度傳感器MEMS的發(fā)展趨勢有：研究體積小（外形尺寸為毫米量級，構(gòu)成單元尺寸為納米量級）、重量輕（小于0.1g）、耗能低（微安量級）、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短（微秒量級）、分辨力高（微米量級）、量程大（03000g）、溫漂小的MEMS；提高M(jìn)EMS的測量準(zhǔn)確度；選擇更合理的工藝手段，批量化生產(chǎn)，以提高性價比。7/6/202256一、MEMS加速度傳感器分類1）壓電式MEMS加速度傳感器：質(zhì)量塊會對壓電元件產(chǎn)生動態(tài)壓力，轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸?/p>

25、信號。2）壓阻式MEMS加速度傳感器：質(zhì)量塊會對懸臂梁端部上下表面的壓阻應(yīng)變計產(chǎn)生拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蚧蚪蛔冸妷狠敵鲂盘枴?）熱感式MEMS加速度傳感器：密封的MEMS中央有一個微型加熱體，周邊多角度設(shè)置多個溫度傳感器。熱感式MEMS加速度傳感器工作時，通過慣性“熱氣團”的移動引起熱場變化，溫度傳感器感應(yīng)到加速度值。7/6/202257MEMS加速度傳感器分類（續(xù)）4）電容式MEMS加速度傳感器：硅懸臂梁末端（或雙端固定梁的中央部位）有一個相對較重的硅片。，從而改變差動平板電容兩極的極距或有效面積。MEMS加速度傳感器按運動位移的方向，可分為：單軸式、雙軸式、三軸式等。7/6/20225

26、8二、變間隙電容式MEMS加速度傳感器1“三明治式”單軸加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖7-38 “三明治”電容式微加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖利用硅微加工技術(shù)，加工出一個硅微質(zhì)量塊，位于兩片固定的硅極板之間，構(gòu)成差動電容C1、C2。質(zhì)量塊的上下兩面為動極板，接地電位。當(dāng)有向上的加速度作用，質(zhì)量塊向下發(fā)生擺動時，上表面電容C1極板的極距變大，電容量變小；下表面電容C2極板的極距變小，電容量變大，從而形成差動電容。7/6/2022592“三明治式”三軸電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)質(zhì)量塊處于微結(jié)構(gòu)的中心位置。共用質(zhì)量塊的表面與外圍的6個面構(gòu)成3組差動電容。如果沒有感受到振動，質(zhì)量塊就處于6個面的中間對稱位置，則C11=C1

27、2，C21=C22，C31=C32，C41=C42。 如果有振動或傾斜，差動電容就產(chǎn)生變化。如果在三個相互垂直的方向上有不一樣的振動或傾斜，微處理器根據(jù)三組差動電容的輸出信號計算出三維加速度或傾斜度。圖7-397/6/2022603“蹺蹺板扭擺式”單軸電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)兩個固定電容極板設(shè)計在活動極板的同一側(cè)面。彈性梁與下面兩個固定極板構(gòu)成差動電容C1、C2。由于彈性梁左右兩邊的質(zhì)量不相等，當(dāng)有垂直于基片的外界加速度作用時，彈性粱將圍繞支承彈性軸扭轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)傳感器向上運動時，C1的極距變小，電容增大；C2的極距變大，電容減小。測量此差動電容值即可得到外界輸入的加速度大小。扭擺式單軸加速度計的

28、結(jié)構(gòu)比較簡單，不需要雙面光刻，成品率高。圖7-407/6/2022614“梳齒式”單軸電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)定齒固定在基片上，動齒附著在質(zhì)量塊上。質(zhì)量塊由“硅彈簧”支撐在基片上。當(dāng)有外部加速度輸入時，動齒隨質(zhì)量塊運動，產(chǎn)生微位移，引起動齒與定齒之間電容的變化。圖7-417/6/202262表7-10 三種電容式微加速度傳感器的特性比較類型結(jié)構(gòu)特 性三明治式 硅微質(zhì)量塊處于兩片固定的硅極板之間，構(gòu)成差動電容 結(jié)構(gòu)對稱，靈敏度高；需要雙面光刻，過載能力稍弱蹺蹺板扭擺式 兩個固定電容極板設(shè)計在活動極板的同一側(cè)面，構(gòu)成差動電容 結(jié)構(gòu)簡單，不需要雙面光刻,一致性好；靈敏度稍低梳齒式 定齒固定在基片上，動齒附著在質(zhì)量塊上，梳齒式定齒