冲击传感器原则上有固定参考坐标传感器和惯性传感器两种类型。在大多数场合,不可能为冲击测量建立固定参考坐标系,因此,一般采用惯性传感器测量冲击。惯性传感器按测量参数可分为位移、速度和加速度传感器。冲击可看作一种非周期性的振动,脉冲的、阶跃的或瞬态振动的形式,多采用加速度传感器来测量,冲击传感器也可看作加速度传感器的一种。常用的有冲击加速度传感器、压阻式冲击传感器、压电式冲击传感器、电容式冲击传感器、热对流式冲击传感器等。
冲击加速度传感器用于航天器分离、弹道发射、侵彻冲击测量、跌落试验、物体碰撞试验、热冲击等领域的冲击测试,主要类型有压阻式、压电式、电容式和热对流式等。
压阻式冲击传感器以硅压阻效应为理论基础,采用微机电系统(MEMS)工艺制成,硅材料在受到力的作用后,电阻率发生变化,通过力敏电阻构成的惠斯通电桥感测加速度变化。结构和信号处理电路简单,频率响应高,线性度好,体积小,线性度好,抗冲击能力强,是高冲击传感器的首选方式,但也有受温度影响较大、工艺较复杂和造价高等缺点。
压电式冲击传感器利用压电材料的压电效应来测量加速度,线性度好,频率范围较宽,结构简单,在测量大冲击时,容易产生零漂。
电容式冲击传感器通过测量电容的变化量测得被测加速度值,惯性质量块在加速度作用下,与固定通过测量电容的变化量测得被测加速度值,惯性质量块在加速度作用下,与固定电极间相对位移发生变化,导致电容值的变化。精度高,但高量程下线性度相对较差。
热对流式冲击传感器是在密闭腔体内设置热源,使周边空气密度发生变化,通过温度传感器测量由加速度引起的腔内温度气团位置变化来测量加速度值。这种传感器采用了虚拟的热气团作为质量块,具有良好的环境适应性和抗辐射、抗振动、抗冲击能力。
冲击传感器广泛应用于航天、航空、兵器、建筑、交通、船舶、矿山、物探及环境设备试验等领域。如用于仪器化摆锤冲击试验机或仪器化落锤冲击试验机,测量试样在冲击过程中的受力情况,开辟了监测往复机以及类似机器机械故障的一种全新思路。