【導讀】盡管阻尼器是該系統的重要組成部分，但我們將把它擱置到本系列的下一篇文章中，因為它對于 EE 來(lái)說(shuō)可能有點(diǎn)神秘，并且可能需要幾段文字來(lái)介紹阻尼器的基本概念。
如圖1所示的質(zhì)量-彈簧-阻尼器結構可用于測量加速度。
圖 1. 質(zhì)量-彈簧-阻尼器結構
已知數量的質(zhì)量，通常稱(chēng)為檢驗質(zhì)量（或測試質(zhì)量），通過(guò)彈簧連接到傳感器框架。
盡管阻尼器是該系統的重要組成部分，但我們將把它擱置到本系列的下一篇文章中，因為它對于 EE 來(lái)說(shuō)可能有點(diǎn)神秘，并且可能需要幾段文字來(lái)介紹阻尼器的基本概念。
我們來(lái)看看圖1所示的結構是如何檢測加速度的。
當傳感器框架因外力而加速時(shí)，檢測質(zhì)量由于其慣性而趨于“向后移動(dòng)”。這會(huì )改變檢測質(zhì)量相對于傳感器框架的相對位置，如下圖所示。
圖 2. (a) 當沒(méi)有外力時(shí)，檢驗質(zhì)量處于靜止位置。 (b) 當框架向右加速時(shí)，傳感器框架中的觀(guān)察者觀(guān)察到檢驗質(zhì)量移至其靜止位置的左側。
圖 2(a) 顯示了沒(méi)有外力時(shí)處于靜止位置的檢驗質(zhì)量。當框架受到外力時(shí)，如圖2(b)所示，框架向右加速。檢驗質(zhì)量初傾向于保持靜止，這改變了檢驗質(zhì)量相對于框架的相對位置(d 2 < d 1 )。
傳感器非慣性（即加速）坐標系中的觀(guān)察者觀(guān)察到檢驗質(zhì)量移至其靜止位置的左側。彈簧由于檢測質(zhì)量的位移而被壓縮，并在檢測質(zhì)量上施加與位移成比例的力。彈簧施加的力將檢驗質(zhì)量推向右側，并使其沿外力方向加速。
如果為系統的不同參數選擇適當的值，則檢驗質(zhì)量位移將與框架加速度的值成正比（在系統的瞬態(tài)響應消失之后）。
總而言之，質(zhì)量-彈簧-阻尼器結構將傳感器框架的加速度轉換為檢驗質(zhì)量位移。剩下的問(wèn)題是，我們如何測量這個(gè)位移？
測量檢驗質(zhì)量位移：電容傳感方法
檢驗質(zhì)量位移可以通過(guò)多種方法測量。一種常見(jiàn)的方法是圖 3 中所示的電容傳感方法。
圖3
有兩個(gè)電極固定在傳感器框架上，還有一個(gè)可移動(dòng)電極連接到檢測質(zhì)量塊。這將創(chuàng )建兩個(gè)電容器 C s1和 C s2，如圖 3 所示。
當檢測質(zhì)量塊沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，可移動(dòng)電極和固定電極之一之間的電容增加，而另一個(gè)電容器的電容減小。這就是為什么我們只需要測量感應電容器的變化來(lái)檢測檢驗質(zhì)量的位移，該位移與輸入加速度成正比。
使用同步解調的加速度計信號調節
為了準確測量感應電容的變化，我們可以應用同步解調技術(shù)。圖 4 顯示了 Analog Devices 的ADXL 系列加速度計中采用的信號調節的簡(jiǎn)化版本。
圖 4. 圖片（改編）由Analog Devices提供
在這種情況下，使用1MHz方波作為感測電容器C s1和C s2的交流激勵。施加到固定電極的方波具有相同的幅度，但彼此相位差 180°。當可移動(dòng)電極處于靜止位置時(shí)，放大器輸入端的電壓為零伏。
當可移動(dòng)電極靠近其中一個(gè)固定電極時(shí)，來(lái)自該電極的激勵電壓的大部分出現在放大器輸入端 V橋上，這意味著(zhù)放大器輸入端出現的方波與激勵電壓同相較近的電極。
例如，在圖 4 中，放大輸出是與 Vdrive +同相的方波， 因為 C s1大于 C s2。
V橋的振幅是檢測質(zhì)量位移的函數；然而，我們還需要知道V橋相對于Vdrive + 和Vdrive-的相位關(guān)系 ，以確定質(zhì)量塊向哪個(gè)方向位移。
同步解調器基本上將放大器輸出乘以激勵電壓（Vdrive + 或Vdrive- ），將放大器輸出處的方波轉換為直流電壓，從而顯示位移量及其方向。
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