加速度傳感器特點(diǎn)：三軸加速度傳感器應(yīng)用及特點(diǎn)介紹
原標(biāo)題：三軸加速度傳感器應(yīng)用及特點(diǎn)介紹
單單就加速度傳感器來說，單軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器，六軸加速度傳感器和九軸加速度傳感器，與其他不同的是三軸加速度傳感器的好處就是在預(yù)先不知道物體運(yùn)動(dòng)方向的場合下，只有應(yīng)用三維加速度傳感器來檢測加速度信號，三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點(diǎn)，可以測量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)本次我們著重介紹下三軸加速度傳感器的一些應(yīng)用場景和一些特點(diǎn)。
三軸加速度傳感器和其他同樣的都是基于加速度的基本原理去實(shí)現(xiàn)工作的，加速度是個(gè)空間矢量，一方面，要準(zhǔn)確了解物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須測得其三個(gè)坐標(biāo)軸上的分量;另一方面，在預(yù)先不知道物體運(yùn)動(dòng)方向的場合下，只有應(yīng)用三軸加速度傳感器來檢測加速度信號,由于三軸加速度傳感器也是基于重力原理的，因此用三軸加速度傳感器可以實(shí)現(xiàn)雙軸正負(fù)90度或雙軸0-360度的傾角，通過校正后期精度要高于雙軸加速度傳感器大于測量角度為60度的情況。
三軸加速度傳感器具有體積小和重量輕特點(diǎn)，可以測量空間加速度，能夠全面準(zhǔn)確反映物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，在航空航天、機(jī)器人、汽車和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
目前的三軸加速度傳感器大多采用壓阻式、壓電式和電容式工作原理，產(chǎn)生的加速度正比于電阻、電壓和電容的變化，通過相應(yīng)的放大和濾波電路進(jìn)行采集,這個(gè)和普通的加速度傳感器是基于同樣的一個(gè)原理，所以在一定的技術(shù)上三個(gè)單軸就可以變成一個(gè)三軸。對于多數(shù)的傳感器應(yīng)用來看，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用，但是有些方面的應(yīng)用還是集中在三軸加速度傳感器中例如在數(shù)采設(shè)備，貴重資產(chǎn)監(jiān)測，碰撞監(jiān)測，測量建筑物振動(dòng),風(fēng)機(jī),風(fēng)力渦輪機(jī)和其他敏感的大型結(jié)構(gòu)振動(dòng)。
三軸數(shù)字硅微MEMS加速度傳感器PA-LAMⅢ-01D系列
三軸數(shù)字加計(jì)圖片） PA－LAMIII-01D系列三軸數(shù)字加速度由西安精準(zhǔn)測控有限責(zé)任公司自行研制，用于測量三軸向加速度的傳感器。三軸中的每一軸加速度傳感器均采用MEMS技術(shù)的芯片，具有高性能、低成本、高可靠性和高封裝堅(jiān)固性。此外，該產(chǎn)品還具有低功耗、寬的工作溫度范圍、寬的帶寬、小體積、快速啟動(dòng)等特點(diǎn)。它可廣泛用于汽車電子、飛行器制導(dǎo)與控制、姿態(tài)參考系統(tǒng)、平臺(tái)穩(wěn)定、機(jī)器人、天線穩(wěn)定、與GPS組合、通用航空等系統(tǒng)。
三軸模擬硅微加速度計(jì)PA-LAMⅢ-01系列
PA－LAMIII-01系列三軸加速度傳感器由西安精準(zhǔn)測控公司自行研制，用于準(zhǔn)確測量空間三軸向加速度的傳感器。三軸向中的每一軸加速度傳感器均采用高精度MEMS芯片，具有高性能、低價(jià)位、高可靠性和高封裝堅(jiān)固性，并具備自檢測（Self-Test）功能，可實(shí)現(xiàn)BIT（Built-In-Test）?？捎糜谄嚋y控、慣性導(dǎo)航、地震監(jiān)控、醫(yī)療器械、傾斜、速度和位置的測量、振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)臺(tái)加速度的測量等系統(tǒng)。
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加速度傳感器特點(diǎn)：加速度傳感器技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用
加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子器件。加速力就是當(dāng)物體在加速過程中作用在物體上的力，即地球引力、重力。加速力可以是個(gè)常量，比如g，也可以是變量。加速度計(jì)有兩種：一種是角加速度計(jì)，由陀螺儀（角速度傳感器）改進(jìn)而來；另一種就是線加速度計(jì)。
加速度傳感器的應(yīng)用
通過測量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對于水平面的傾斜角度。通過分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。加速度傳感器可以幫助機(jī)器人了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。加速度傳感器甚至可以用來分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，還可以測量牽引力產(chǎn)生的加速度。
目前最新IBMThinkpad手提電腦里就內(nèi)置了加速度傳感器，能夠動(dòng)態(tài)的監(jiān)測出筆記本在使用中的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)智能地選擇關(guān)閉硬盤還是讓其繼續(xù)運(yùn)行，這樣可以最大程度地保護(hù)由于振動(dòng)，比如顛簸的工作環(huán)境，或者不小心摔了電腦造成的硬盤損害，最大程度地保護(hù)里面的數(shù)據(jù)。另外一個(gè)用處就是目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。
概括起來，加速度傳感器可應(yīng)用在：控制，手柄振動(dòng)和搖晃，儀器儀表，汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測，地震檢測，報(bào)警系統(tǒng)，鼠標(biāo)，玩具，結(jié)構(gòu)物和環(huán)境監(jiān)視，工程測振，地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。
加速度傳感器的工作原理
線加速度計(jì)的原理是慣性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(慣性力)／M(質(zhì)量)我們只需要測量F就可以了。怎么測量F？用電磁力去平衡這個(gè)力就可以了。就可以得到F對應(yīng)于電流的關(guān)系。只需要用實(shí)驗(yàn)去標(biāo)定這個(gè)比例系數(shù)就行了。當(dāng)然中間的信號傳輸、放大、濾波就是電路的事了。
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。
一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)、電容效應(yīng)、熱氣泡效應(yīng)、光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。每種技術(shù)各有優(yōu)勢和問題。
壓阻式加速度傳感器由于在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而發(fā)展最快，加速度傳感器主要用于汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面。
如何選用加速度傳感器
模擬輸出vs數(shù)字輸出：
這個(gè)是最先需要考慮的，取決于系統(tǒng)中和加速度傳感器之間的接口。一般模擬輸出的電壓和加速度是成比例的，比如2.5V對應(yīng)0g的加速度，2.6V對應(yīng)于0.5g的加速度。數(shù)字輸出一般使用脈寬調(diào)制（PWM）信號。
如果你使用的微控制器只有數(shù)字輸入，比如BASICStamp，那你就只能選擇數(shù)字輸出的加速度傳感器了，但是問題是你必須占用額外的一個(gè)時(shí)鐘單元用來處理PWM信號，同時(shí)對處理器也是一個(gè)不小的負(fù)擔(dān)。
如果你使用的微控制器有模擬輸入口，比如PIC／AVR／OOPIC，你可以非常簡單地使用模擬接口的加速度傳感器，所需要的就是在程序里加入一句類似“acceleration=read_adc()”指令，而且處理此指令的速度只要幾微秒。
測量軸數(shù)量：
對于多數(shù)項(xiàng)目來說，兩軸的加速度傳感器已經(jīng)能滿足多數(shù)應(yīng)用了。對于某些特殊的應(yīng)用，比如UAV、ROV控制，三軸的加速度傳感器可能會(huì)適合一點(diǎn)。
最大測量值：
如果你只要測量機(jī)器人相對于地面的傾角，那一個(gè)±1.5g加速度傳感器就足夠了。但是如果你需要測量機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能，±2g也應(yīng)該足夠了。如果你的機(jī)器人有突然啟動(dòng)或者停止的情況出現(xiàn)，那你需要一個(gè)±5g的傳感器。
帶寬：
這里的帶寬實(shí)際上指的是刷新率。也就是說每秒鐘，傳感器會(huì)產(chǎn)生多少次讀數(shù)。對于一般只要測量傾角的應(yīng)用，50HZ的帶寬應(yīng)該足夠了，但是對于需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能，比如振動(dòng)，你會(huì)需要一個(gè)具有上百HZ帶寬的傳感器。
電阻／緩存機(jī)制：
對于有些微控制器來說，要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，其連接的傳感器阻值必須小于10kΩ。比如加速度傳感器的阻值為32kΩ，在PIC和AVR控制板上無法正常工作，所以建議在購買傳感器前，仔細(xì)閱讀控制器手冊，確保傳感器能夠正常工作。
靈敏度：
一般來說，越靈敏越好。越靈敏的傳感器對一定范圍內(nèi)的加速度變化更敏感，輸出電壓的變化也越大，這樣就比較容易測量，從而獲得更精確的測量值。
靈敏度自然是越高越好，但是實(shí)際上靈敏度越高測量范圍就窄：相反，靈敏度低點(diǎn)就能獲得比較寬的測量范圍。所以在產(chǎn)品選擇傳感器的時(shí)候就要從需要出發(fā)，一味地使用高精度傳感器往往就意味著更高的成本抗疲勞性也是壓電加速度傳感器的重要因素。
加速度傳感器特點(diǎn)：壓電加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)_壓電加速度傳感器選型
壓電加速度傳感器優(yōu)缺點(diǎn)
壓電加速度傳感器使用壓電片直接將振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。市場上銷售的普通壓電片的諧振頻率都在音頻段的高端，與振動(dòng)信號頻率相差較大。為了降低諧振頻率，人們使用彈簧球與壓電片基體連接。在降低整體諧振頻率的同時(shí)，彈簧也降低振動(dòng)能量的消耗，延長振動(dòng)衰減的時(shí)間，增強(qiáng)了振動(dòng)效果。
壓電加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：
1.結(jié)構(gòu)簡單，取材方便；
2.安裝方便，使用壽命長。
壓電加速度傳感器的缺點(diǎn)：
1.諧振頻率高，容易受到聲音的干擾；
2.輸出阻抗高，輸出信號弱，傳感器輸出信號需要經(jīng)過放大電路放大后才能送檢測電路檢測。
壓電加速度傳感器選型
一、靈敏度的選擇
制造商在產(chǎn)品介紹或說明書中一般都給出傳感器的靈敏度和參考量程范圍，目的是讓用戶在選擇不同靈敏度的加速度傳感器時(shí)能方便地選出合適的產(chǎn)品，最小加速度測量值也稱最小分辨率，考慮到后級放大電路噪聲問題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離最小可用值，以確保最佳信噪比。最大測量極限要考慮加速度傳感器自身的非線性影響和后續(xù)儀器的最大輸出電壓。
估算方法：最大被測加速度×傳感器電荷（電壓）靈敏度，其數(shù)值是否超過配套儀器的最大輸入電荷（電壓）值。建議如已知被測加速度范圍可在傳感器指標(biāo)中的“參考量程范圍”中選擇（兼顧頻響、重量），同時(shí)，在頻響、質(zhì)量允許的情況下，盡量選擇高靈敏度的傳感器，以提高后續(xù)儀器輸入信號，提高信噪比。在兼顧頻響、質(zhì)量的同時(shí)，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：以電荷輸出型壓電加速度傳感器為例：
1. 土木工程和超大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在0.1g-10g（1g=9.81m/s2）左右，可選電荷靈敏度在300pC/ms-2～30pC/ms-2的壓電加速度傳感器，屬于電荷輸出型壓電加速度傳感器。
2. 特殊的土木結(jié)構(gòu)（如樁基）和機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)在100ms-2～1000ms-2，可選擇20pC/ms-2～2pC/ms-2的加速度傳感器。
3. 沖擊，碰撞測量量程一般ms-2～ms-2，可選則傳感器靈敏度是0.2pC/ms-2～0.002pC/ms-2的加速度傳感器。
二、頻率選擇
制造商給出的加速度傳感器的頻響曲線是用螺釘剛性連接安裝的。
一般將曲線分成二段：諧振頻率和使用頻率。使用頻率是按靈敏度偏差給出的，有±10%、±5%、±3dB。諧振頻率一般是避開不用的，但也有特例，如軸承故障檢測。選擇加速度傳感器的頻率范圍應(yīng)高于被測試件的振動(dòng)頻率。有倍頻分析要求的加速度傳感器頻率響應(yīng)應(yīng)更高。土木工程一般是低頻振動(dòng)，加速度傳感器頻率響應(yīng)范圍可選擇0.2Hz～1kHz，機(jī)械設(shè)備一般是中頻段，可根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、設(shè)備剛度等因素綜合估算振動(dòng)頻率，選擇0.5Hz～5kHz的加速度傳感器。如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在3000rms時(shí)，除以60s此時(shí)它的主頻率為50Hz。碰撞、沖擊測量高頻居多。
加速度傳感器的安裝方式不同也會(huì)改變使用頻響（對振動(dòng)值影響不大）。
安裝面要平整、光潔，安裝選擇應(yīng)根據(jù)方便、安全的原則。我們給出同一只RC6500S加速度傳感器不同安裝方式的使用頻率：螺釘剛性連接（±10%誤差）10kHz;環(huán)氧膠或“502”粘接安裝6kHz;磁力吸座安裝2kHz；雙面膠安裝1kHz。由此可見，安裝方式的不同對測試頻率的響應(yīng)影響很大，應(yīng)注意選擇。加速度傳感器的質(zhì)量、靈敏度與使用頻率成反比，靈敏度高，質(zhì)量大，使用頻率低，這也是選擇的技巧。
三、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指敏感材料晶體片感受振動(dòng)的方式及安裝形式。
有壓縮和剪切兩大類，常見的有中心壓縮、平面剪切、三角剪切、環(huán)型剪切。
中心壓縮型頻響高于剪切型，剪切型對環(huán)境適應(yīng)性好于中心壓縮型。如配用積分型電荷放大器測量速度、位移時(shí)，最好選用剪切型產(chǎn)品，這樣所獲得的信號波動(dòng)小，穩(wěn)定性好。
四、內(nèi)置電路
內(nèi)置的概念是將放大電路置于加速度傳感器內(nèi)，成為具有電壓輸出功能的傳感元件。它可分雙電源（四線）和單電源（二線、帶偏置，又稱ICP）兩種，下面所指內(nèi)裝電路專指ICP型。目前，內(nèi)置電路傳感器一般是與數(shù)據(jù)采集儀配套，在國內(nèi)使用較多的方面是用于機(jī)械故障、樁基檢測，不少在線監(jiān)測項(xiàng)目上也在使用該類產(chǎn)品。ICP型加速度傳感器的供電和信號輸出共用一根線。其特點(diǎn)是：低阻抗輸出，抗干擾，噪聲小，性能價(jià)格比高，安裝方便，尤其適于多點(diǎn)測量，穩(wěn)定可靠、抗潮濕、抗粉塵、抗有害氣體。內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計(jì)算：
被測加速度值（g）=最大輸出電壓（mV）/傳感器靈敏度（mV/g）
如選用目前最為通用的100mV/g，可測50g以內(nèi)振動(dòng)，如測量100g，則用50mV/g的加速度計(jì)，其余以此類推。
五、環(huán)境影響
某些測試現(xiàn)場的環(huán)境較為惡劣，考慮的因素較多，如防水、高溫、安裝位置、強(qiáng)磁電場及地電回路等，均會(huì)給測量帶來很大的影響。
防水：防水有兩個(gè)概念，淺層防水和深層防水，尤以深層防水為難，如三峽工程永久船閘閘門的振動(dòng)監(jiān)測，水深近百米，它涉及地回路干擾、高壓滲水、導(dǎo)線防護(hù)、長期可靠性等諸多問題。
高溫：多數(shù)廠商給出的傳感器溫度范圍為可用值，而不是高溫狀況的靈敏度，實(shí)際上，高溫時(shí)靈敏度偏差較大，特殊用戶應(yīng)向廠商索取專用的高溫時(shí)的靈敏度指標(biāo)，靈敏度指標(biāo)是保證測試準(zhǔn)確的關(guān)鍵。
位置限制：加速度傳感器永久安裝在現(xiàn)場會(huì)受到人為碰撞，應(yīng)選擇工業(yè)型長期監(jiān)測加速度傳感器，它采用外加防護(hù)罩，三角法蘭安裝，具有對地絕緣、防塵的作用。對出線方向有要求的可向制造商提出。對于不能觸及的部位，可用手持式加速度傳感器（帶長探針）。
絕緣、地電回路及磁電場：對磁電場較強(qiáng)的測試現(xiàn)場，應(yīng)選擇特殊外殼材料的加速度傳感器和專用導(dǎo)線，此類研究國內(nèi)還比較少見。對于兩點(diǎn)接地、潮濕等現(xiàn)場，要解決好測試干擾則可采用浮地或絕緣型加速度傳感器，同時(shí)要考慮導(dǎo)線接頭的防護(hù)。為了克服兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地產(chǎn)生地電回路電流對測試的影響，可以選用浮地或絕緣傳感器。沒有特殊要求且干擾不大的工況，可用絕緣型加速度傳感器，而永久型監(jiān)測或干擾大的工況則應(yīng)采用浮地型。這二種命名的區(qū)別在于絕緣型產(chǎn)品的外殼為信號地，而浮地型產(chǎn)品的外殼為屏蔽層。
附加質(zhì)量：在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上安裝的加速度傳感器的質(zhì)量要小于被測點(diǎn)的自身動(dòng)態(tài)質(zhì)量的1/10即可，認(rèn)為對被測信號的影響可以忽略。
六、配套儀器
壓電類加速度傳感器如是電荷輸出的，可與任何一種高阻輸入的電荷放大器或具有電荷前置功能的采集器相配，電荷放大器種類較多，有單臺(tái)、多路、積分、準(zhǔn)靜態(tài)，這都要根據(jù)測量要求來確定。
也有特例，如直接將壓電傳感器的輸出信號接入具有一定高阻性能的三次儀表（如示波器），同樣可測得信號，但因阻抗匹配不夠，只能是定性了解動(dòng)態(tài)狀況。內(nèi)裝IC放大器加速度傳感器（ICP型）專門有恒流適配器，一臺(tái)恒流適配器可供多只加速度傳感器的恒流供電及信號輸出。對于提供恒流源供電的數(shù)據(jù)采集儀器，可以將該類型傳感器直接接入數(shù)據(jù)采集儀器。雙電源供電的加速度傳感器可由采集器提供雙電源或用雙路直流穩(wěn)壓電源供電。目前ICP加速度傳感器的典型供電方式為：24V4mA恒流。
加速度傳感器特點(diǎn)：壓電加速度傳感器特點(diǎn)，都有哪些？
壓電加速度傳感器是加速度傳感器中的一種類型，它通常是由質(zhì)量塊、彈性元件、敏感元件組成，壓電加速度傳感器可以直接將壓電片的振動(dòng)信號轉(zhuǎn)換為電信號的形式輸出。目前，人們?yōu)榱私档驼裰C振頻率，通常會(huì)使用彈簧球和壓電片基體連接，并以此并降低振動(dòng)能量的消耗。那么今天，傳感愛好者就為大家介紹一下常見的壓電加速度傳感器特點(diǎn)。
壓電加速度傳感器特點(diǎn)
我們從壓電加速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來分析其特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
1、安裝較為方便，使用壽命比較長。
2、組成結(jié)構(gòu)簡單，取材方便；
缺點(diǎn)：
1、諧振頻率高，非常容易受到聲音的干擾；
2、輸出阻抗高，輸出信號弱，傳感器輸出信號的時(shí)候需要放大電路放大后才能傳輸至檢測電路檢測。
壓電加速度傳感器如何選型
在選用壓電加速度傳感器的時(shí)候，我們需要考慮多種選型因素，并以此來確定最適合的壓電加速度傳感器產(chǎn)品。
一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指敏感材料晶體片感受振動(dòng)的方式及安裝方式。
有壓縮和剪切兩個(gè)大類，比較常見的有中心壓縮、平面剪切、三角剪切、環(huán)型剪切。
中心壓縮型頻響高于剪切型，剪切型對環(huán)境適應(yīng)能力好于中心壓縮型。如配用積分型電荷放大器檢測速度、位移時(shí)，最好是選用剪切型產(chǎn)品，這樣所獲得的信號波動(dòng)小，可靠性好。
二、靈敏度的選用
制造商在產(chǎn)品簡介或說明書中通常都給出傳感器的靈敏度和參考量程范圍，目的是讓用戶在選用不同靈敏度的加速度傳感器時(shí)能方便快捷地選出最合適的產(chǎn)品，最小加速度檢測值也稱最小分辨率，考慮到后級放大電路噪聲問題，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離最小可用值，以保障最佳信噪比。最大檢測極限要考慮加速度傳感器產(chǎn)品的非線性干擾和后續(xù)儀器的最大輸出電壓。
三、環(huán)境影響
一些測試現(xiàn)場的環(huán)境較為惡劣，考慮的因素較多，如高溫、安裝位置、強(qiáng)磁電場及地電回路等，均會(huì)給檢測帶來很大的干擾。
防水：防水有兩個(gè)概念，淺層防水和深層防水，尤以深層防水為難，如三峽工程永久船閘閘門的振動(dòng)監(jiān)測，水深近百米，它涉及地回路干擾、高壓滲水、導(dǎo)線防護(hù)、長期可靠性等諸多問題。
以上就是傳感愛好者為您帶來的壓電加速度傳感器的介紹了，壓電通過利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理，具有頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受干擾因素小等優(yōu)點(diǎn)，目前，它是一種被廣泛使用的振動(dòng)測量傳感器，因其相對簡單的結(jié)構(gòu)，深受市場青睞。
