【導讀】盡管阻尼器是該係統的重要組成部分，但我們將把它擱置到本係列的下一篇文章中

，因為它對於 EE 來說可能有點神秘，並且可能需要幾段文字來介紹阻尼器的基本概念。

如圖1所示的質量-彈簧-阻尼器結構可用於測量加速度。

圖 1. 質量-彈簧-阻尼器結構

已知數量的質量，通常稱為檢驗質量（或測試質量），通過彈簧連接到傳感器框架。

盡管阻尼器是該係統的重要組成部分，但我們將把它擱置到本係列的下一篇文章中，因為它對於 EE 來說可能有點神秘，並且可能需要幾段文字來介紹阻尼器的基本概念。

我們來看看圖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，檢測質量由於其慣性而趨於“向後移動”。這會改變檢測質量相對於傳感器框架的相對位置，如下圖所示。

圖 2. (a) 當沒有外力時，檢驗質量處於靜止位置。 (b) 當框架向右加速時，傳感器框架中的觀察者觀察到檢驗質量移至其靜止位置的左側。

圖 2(a) 顯示了沒有外力時處於靜止位置的檢驗質量。當框架受到外力時，如圖2(b)所示，框架向右加速。檢驗質量初傾向於保持靜止，這改變了檢驗質量相對於框架的相對位置(d 2  < d 1 )。

傳感器非慣性（即加速）坐(zuo)標(biao)係(xi)中(zhong)的(de)觀(guan)察(cha)者(zhe)觀(guan)察(cha)到(dao)檢(jian)驗(yan)質(zhi)量(liang)移(yi)至(zhi)其(qi)靜(jing)止(zhi)位(wei)置(zhi)的(de)左(zuo)側(ce)。彈(dan)簧(huang)由(you)於(yu)檢(jian)測(ce)質(zhi)量(liang)的(de)位(wei)移(yi)而(er)被(bei)壓(ya)縮(suo)，並(bing)在(zai)檢(jian)測(ce)質(zhi)量(liang)上(shang)施(shi)加(jia)與(yu)位(wei)移(yi)成(cheng)比(bi)例(li)的(de)力(li)。彈(dan)簧(huang)施(shi)加(jia)的(de)力(li)將(jiang)檢(jian)驗(yan)質(zhi)量(liang)推(tui)向(xiang)右(you)側(ce)
，並(bing)使(shi)其(qi)沿(yan)外(wai)力(li)方(fang)向(xiang)加(jia)速(su)。

如果為係統的不同參數選擇適當的值，則檢驗質量位移將與框架加速度的值成正比（在係統的瞬態響應消失之後）。

總而言之
，質量-彈簧-阻尼器結構將傳感器框架的加速度轉換為檢驗質量位移。剩下的問題是，我們如何測量這個位移？

測量檢驗質量位移：電容傳感方法

檢驗質量位移可以通過多種方法測量。一種常見的方法是圖 3 中所示的電容傳感方法。

 
圖3  

有兩個電極固定在傳感器框架上

，還有一個可移動電極連接到檢測質量塊。這將創建兩個電容器 C s1和 C s2，如圖 3 所示。

當dang檢jian測ce質zhi量liang塊kuai沿yan一yi個ge方fang向xiang移yi動dong時shi
，可ke移yi動dong電dian極ji和he固gu定ding電dian極ji之zhi一yi之zhi間jian的de電dian容rong增zeng加jia，而er另ling一yi個ge電dian容rong器qi的de電dian容rong減jian小xiao。這zhe就jiu是shi為wei什shen麼me我wo們men隻zhi需xu要yao測ce量liang感gan應ying電dian容rong器qi的de變bian化hua來lai檢jian測ce檢jian驗yan質zhi量liang的de位wei移yi，該gai位wei移yi與yu輸shu入ru加jia速su度du成cheng正zheng比bi。

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。圖 4 顯示了 Analog Devices 的ADXL 係列加速度計中采用的信號調節的簡化版本。

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°。當可移動電極處於靜止位置時，放大器輸入端的電壓為零伏。

當可移動電極靠近其中一個固定電極時，來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大於 C s2。

V橋的振幅是檢測質量位移的函數；然而，我們還需要知道V橋相對於Vdrive + 和Vdrive-的相位關係 ，以確定質量塊向哪個方向位移。

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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