Акселерометр — это инерциальный датчик, который может измерять линейное ускорение, обусловленное гравитацией. Он широко используется для обнаружения вибраций, управления положением, охранной сигнализации, в потребительских приложениях, для распознавания движений и записи состояния.

Существует множество типов датчиков ускорения, таких как пьезорезистивные датчики ускорения, гибкие датчики ускорения, акселерометры на жидкостной магнитной левитации, кварцевые емкостные акселерометры, MEMS-акселерометры и т. д.

Датчики ускорения делятся на датчики с разомкнутым и замкнутым контуром. Как правило, датчики с разомкнутым контуром имеют более низкие технические показатели, а датчики с замкнутым контуром — относительно высокие.

Поэтому, учитывая только технические показатели, мы планируем использовать датчики с замкнутым контуром. Далее анализируются и сравниваются преимущества и недостатки жидкостных магнитных акселерометров, кварцевых емкостных акселерометров и MEMS-акселерометров.

1.Жидкостный магнитный акселерометр

Жидкостный магнитный акселерометр — это акселерометр, широко используемый в ранних MWD-приборах. Это маятниковый акселерометр на основе жидкостного плавающего маятника с трехмерным управлением центрированием на магнитной левитации. Магнитное центрирование дополнительно снижает интерференционный момент, действующий на плавающий маятниковый узел, и обеспечивает очень стабильное направление выходной оси, а также уменьшает различные случайные интерференционные моменты. Его основные преимущества — хорошее сопротивление вибрации, ударопрочность и термостойкость; недостаток — длительное время достижения нормальной работы и плохие температурные характеристики. Он подходит для всех видов высокоточных инерциальных навигационных систем, компасов платформы, а также систем управления полетом спутников и космических аппаратов.

2. Кварцевый емкостной акселерометр

Кварцевый емкостной акселерометр— это чувствительное к ускорению устройство, разработанное для навигации. Прибор использует пьезоэлектрические свойства самого кварцевого кристалла для возбуждения жесткой балки в качестве резонансного элемента. Кварцевый материал обладает хорошей механической стабильностью и исключает ползучесть, распространенную в металлических резонаторах. Его преимущество — высокая точность, хорошая стабильность, термостойкость и хорошие температурные характеристики; но аэрокосмический тип имеет плохую ударопрочность, поскольку после добавления ограничительного штифта к гражданскому ускорению его вибростойкость и ударопрочность значительно улучшаются, и теперь он также является одним из акселерометров, используемых в буровых инструментах.

3. MEMS-акселерометр

MEMS-акселерометр — это новый тип акселерометра, разработанный в последние годы. Он использует вибрирующую балку в качестве датчика ускорения. Вибрирующая балка изготовлена из кремния или кварцевого кристалла и вибрирует на резонансной частоте посредством электростатического или пьезоэлектрического воздействия. Двухконцевая балка вибрирует в режиме привода вибрации. Когда инерционная сила, создаваемая ускорением, прикладывается к балке, входное ускорение вызывает изменение натяжения вибрирующей балки, так что резонансная частота вибрирующей балки изменяется: резонансная частота одной вибрирующей балки увеличивается, а резонансная частота другой вибрирующей балки уменьшается. Через обработку сигнала разность частот соответствует величине входного ускорения. Благодаря факторам структуры и производственного процесса его наиболее выдающимися особенностями являются малый размер, вибростойкость, ударопрочность и термостойкость. Недостаток — плохие температурные характеристики.

MEMS-акселерометры могут широко использоваться для обнаружения вибраций, управления положением, охранной сигнализации, в потребительских приложениях, для распознавания движений и записи состояния. MEMS-акселерометры в сочетании с MEMS-гироскопами и магнитометрами используются для создания MEMS IMU (инерциальных измерительных блоков).