为什么压阻原理适合做高g值的冲击传感器?
1. 高灵敏度与快速响应
压阻效应是指半导体材料(如硅)在受力时电阻率发生显著变化的现象。这种变化与应变呈高度线性关系,且灵敏度(压阻系数)远高于金属应变片(约50-100倍)。因此,即使是微小的形变或高频冲击,也能产生可检测的电信号。
响应时间极短(可达微秒级),能够捕捉瞬态的高g值冲击信号(如爆炸、弹道冲击等)。
2. 结构坚固,耐高冲击
MEMS工艺:现代压阻传感器通常采用微机电系统(MEMS)技术,将压阻元件集成在硅基底上。硅的机械强度高(弹性模量~190 GPa),可承受数万g的加速度(例如,某些MEMS压阻传感器可测>50,000g的冲击)。
小型化设计:微型化结构(尺寸在毫米甚至微米级)降低了惯性质量,减少了高频冲击下的结构失效风险。
3. 宽频率范围
压阻传感器的固有频率通常很高(可达数百kHz),远高于压电或电容式传感器,因此适合测量高频冲击信号(如弹丸撞击、爆炸冲击波)。
4. 无需外部供电即可测量静态信号
与压电传感器不同,压阻传感器无需电荷积累,可直接通过电阻变化测量静态或准静态力(如持续冲击后的残余应力),而高g值冲击中可能包含静态分量。
5. 温度与非线性补偿成熟
硅压阻元件虽然受温度影响较大,但通过惠斯通电桥设计、温度补偿电路或算法(如多项式拟合),可以有效修正误差,确保高冲击环境下的精度。
6. 抗电磁干扰
压阻传感器输出为电阻变化(通常转换为电压信号),不易受强电磁场干扰,适合复杂电磁环境(如导弹、航天器)。