Акселерометр (датчики удара)

Пьезоэлектрический акселерометр измеряет силу, вызванную ускорением подвижной массы. Для преобразования этой силы в выходной электрический сигнал используется пьезоэлектрический кристалл. Кристалл действует не только как преобразователь, но и как демпфирующая пружина для массы. На рисунке показан типичный акселерометр (или датчик удара) для автомобиля.

Рис. Пьезоэлектрический акселерометр или датчик удара

Кристалл помешается в виде прослойки между основанием датчика и инерционной массой и закрепляется резьбовым соединением. Силы ускорения, действующие на инерционную массу, вызывают изменение силы сжатия кристалла и, следовательно, генерируют пьезоэлектрическое напряжение. Возникающие колебания демпфируются исключительно за счет упругости материала кристалла. Это значит, что такой датчик будет иметь ярко выраженную резонансную частоту, причем она будет очень высокой (свыше 50 кГц). На частотах до 15 кГЦ датчик будет иметь плоскую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ).

Собственная резонансная частота упругой системы описывается формулой:

где f — резонансная частота, к — жесткость пружины (очень высокая в данном случае), m — масса груза (очень малая в данном случае).

Когда датчик используется как датчик детонации в двигателе, то он будет обнаруживать и другие вибрации. Их нужно свести к минимуму, отслеживая только «зону детонации» — несколько градусов поворота коленвала до и после верхней мертвой точки (ВМТ). Нежелательные сигналы отфильтровываются электрически. Для обнаружения сигнала от датчика такого типа используется усилитель с высоким входным сопротивлением. Чувствительность автомобильного датчика детонации составляет около 20 мВ/g (g = 9,81 м/сек^2).