AMEYA360报道：振动检测中的电容式与压电式加速度计

ameya360 · 发表于 2023-1-17 10:05:25

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　　考量合适的加速度计一般有两大类选择，电容式和压电式。热感式的加速度计也有，但是在我们熟悉的实际应用中应用较少，这里就不单独列出。

　　电容式加速度计是基于电容极距变化的原理，在振动中电容极距发生变化，进而电容值变化，以此来衡量加速度值。在实际的应用中，为了捕捉这种有时候很微小的信号，会采用一堆电容阵列来放大信号。

　　压电式加速度计的工作原理是压电效应，压电效应是一种施加应力能产生电荷，施加电场能产生尺寸上变形的效应。本质上是一种机械能与电能交互作用的现象。用在传感器上的压电效应是正压电效应，即将机械能转为电能，电压值与加速度大小成正比。

　　在传感器的飞速发展下，MEMS加速度计成为了大家的首选，从目前市场上的产品来看，MEMS加速度计基本上走的都是电容式路线。这是因为压电式MEMS加速度计内部有刚体支撑的存在，通常情况下只能感应到动态加速度，而不能感应到静态加速度，应用上有限制。电容式MEMS加速度计既能感应动态加速度也能感应静态加速度。

　　不过从加速度计的发展历史来看，压电加速度计的应用更广泛，因为它具有良好的线性度、出色的动态范围、高温操作特性和高达数百kHz的高带宽这些优点。如果追求极致性能，压电式的带宽和噪声性能肯定是更好一些的，但也贵了不少。在电容式或者电容式MEMS加速度计不满足性能要求的特殊情况下，压电路线是很好的选择。

　　而电容式加速度计在MEMS的加持下，在小尺寸、低功耗和更快的频率响应上也是越走越好。在MEMS的加持下，器件不仅能提供直流响应，在ADC、调谐滤波的加持下还能实现自检，在振动检测里备受关注。

　　消费电子我们以具有代表性的可穿戴设备为例，可穿戴设备在选择振动检测的加速度计时，看重的是低功耗、小尺寸以及可以增强节能性能的集成特性。低功耗永远是可穿戴设备核心的一项指标，尺寸和集成性也是可穿戴设备里的硬指标。

　　这种要求就限定了振动检测只能选择电容式MEMS加速度计去检测运动以及静态加速度。这类应用对带宽的要求并不高，十几kHz到几十kHz即可，对g值的要求范围通常在1g左右。电容式MEMS加速度计很适合这种应用，需要注意的点在于器件带宽和采样速率可能在低功耗下降至无法测量可用加速度数据的水平。