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2018/12/07

什么是偏移电压? 加速度传感器的用语说明

本篇将解说加速度传感器的相关用语。

根据客户提出的疑问,本篇介绍加速传感器的产品样本中所记载的用语。大家觉得什么是加速度传感器?希望本篇文章可以在您设计时提供帮助。

疑问:加速度传感器的「偏移电压」和「非直线性」等,样本中所记载的这些用语,不太理解其含义。

回答:下面介绍静电容量式加速度传感器 GS1、GS2所使用的用语。

1. 加速度传感器的动作原理

首先介绍「加速度传感器」本身的动作原理。
名符其实,加速度传感器是以测量加速度(速度的变化)为目的的传感器。加速度传感器分为很多种,可测量振动、倾斜、冲击等的加速度。从我们身边的物品来看,汽车的安全气囊、智能手机、触摸屏等均用到了加速度传感器。

「静电容量式加速度传感器」即为加速度传感器的一种方式。静电容量式加速度传感器是对内部的锤动作所产生的电流进行检测(测量)。为此,由以下几部分构成:使用玻璃锤和硅锤等的传感器部分、可动电极(请将其当作可动元件来考虑、固定电极(请将其当做固定元件来考虑)。一旦施加加速度,传感器部的锤将会动作,可动电极与固定电极之间的静电容量将会发生变化。将这一变化转换为电压后进行输出。

传感器的输出电压会因温度变化而产生误差,因此为将误差控制在最小程度,组装有温度补偿回路(该回路使其接近本来的电气信号)。

2. 偏移电压与满量程

下面介绍用语「偏移电压」与「FS(满量程)」。请看图1。

20131014-1

「满量程」是指相对于可检测的加速度,可输出的全范围的电压。图1表示GS1、GS2的传感器的检测范围与输出电压。如图所示,满量程为4.5V。

「偏移电压」是指+输入端子与-输入端子均为0V时,即检测加速度处于0g状态时所输出的电压。例如,如图1所示,GS1、GS2偏移电压约为2.5V。但是,如上文所述,实际上因温度变化等,电压还会产生误差。

相对于满量程,误差占多少比例,用「%FS(百分比满量程)」单位来表示这一数值。例如,图1中作为示例标记为「±5%FS」,因此,相对于4.5V,可求出5%=4.5×0.05≒0.2,即±0.2V。换而言之,输出电压中可能会存在0.2V的误差。
「%FS」所表示的输出电压的最大波动数值即为传感器本身的精度,因此请牢记。误差越小越理想。

3. 加速度传感器的非直线性

下面介绍「非直线性」。如图2所示,输入的加速度与输出値的关系(输出特性)呈直线是最理想的。

20131014-2

非直线性是指这一理想关系与实际数值之间的偏差,以±%FS为基准作出规定。但是,由于加速度传感器的非直线性极小,因此实际上无需太过在意。
输出特性呈曲线,连接+2g与-2g的直线输出所产生的最大误差即为非直线性。该数值越小越接近于直线。

4. 开启时间

「开启时间」是指接通电源后,在元件变为ON状态之前所需耗费的时间。图3即是用图表形式来表示到达最终输出的99%之前所需要的时间。

20131014-3

您的感想如何?本篇介绍了加速度传感器及其相关用语。传感器是比较复杂的元件,希望可以通过本篇用语解说,加深理解您对这个产品的理解。

本篇的关键词

    • 传感器:传感器是指对物理动作和热量变化等进行感知,并将该变化转换为信号,进行检测的装置。
  • 静电容量:静电容量是指已绝缘的导体中所存储的电量。单位用F(法拉)来表示。电容即是带有静电容量性质的代表性元件。
  • 电极:电极是指用来接收使元件动作的电气信号的连接部分。
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