Sensortechnologieën gebruikt voor versnellingsmeters
PCB Piezotronics gebruikt een aantal transductietechnieken bij het ontwerpen van versnellingsmeters, waaronder piëzo-elektrisch, piëzoresistief en capacitief.
Het piëzo-elektrisch effect is een inherente of geïnduceerde eigenschap van bepaalde kristallen. Wanneer het kristal spanning ondergaat als gevolg van een toegepaste kracht, zullen negatieve en positieve ionen zich ophopen op de tegenovergestelde oppervlakken van het kristal. De hoeveelheid geaccumuleerde lading is recht evenredig met de toegepaste kracht. Piëzo-elektrische sensoren voeren deze lading af via een versterker om de amplitude van de lading te meten. De geometrie van de sensor bepaalt voor welke fysische parameters (meestal kracht, druk of versnelling) het kristal gevoelig is.
Piëzo-elektrische versnellingsmeters gebruiken ofwel natuurlijke kwartskristallen of kunstmatige polykristallijne keramiek als hun sensorelementen. Een proefmassa wordt gekoppeld aan het kristal en de output wordt gegenereerd wanneer een kracht wordt uitgeoefend op het kristal tijdens de versnelling. Deze kracht veroorzaakt spanning in het kristal, dat vervolgens een elektrische lading genereert die relatief is aan de toegepaste kracht - het piëzo-elektrisch effect. De hoeveelheid kracht is evenredig met de toegepaste versnelling, zoals bepaald door de bewegingswet van Newton F=ma. Piëzo-elektrische versnellingsmeters kunnen geen constante versnelling meten omdat ze inherent AC gekoppeld zijn, maar ze zijn meestal de meest veelzijdige en economische keuze voor het meten van snelle voorbijgaande en periodieke versnellingen.
Piëzoresistieve versnellingsmeters kunnen worden gemaakt van metalen rekstrookjes, piëzoresistief silicium of als MEMS-apparaat. In dergelijke ontwerpen is het weerstandsmateriaal meestal verbonden met een cantilever balk die buigt onder invloed van de versnelling. Deze buiging veroorzaakt vervorming van de weerstand, waardoor de weerstand verandert. De weerstanden worden gewoonlijk geconfigureerd in een Wheatstone-brugcircuit, dat een verandering in uitgangsspanning oplevert die evenredig is met de versnelling. Piëzoresistieve versnellingsmeters kunnen constante, voorbijgaande en periodieke versnellingen meten.
Capacitieve versnellingsmeters maken gebruik van de eigenschappen van een condensator met tegenovergestelde platen, waarbij de afstand tussen de platen proportioneel varieert met de toegepaste versnelling, waardoor de capaciteit verandert. Deze variabele wordt in een circuit gebruikt om een spanningssignaal te leveren dat evenredig is met de versnelling. Capacitieve versnellingsmeters kunnen zowel constante als langzame voorbijgaande en periodieke versnellingen meten.