壓電式加速度傳感器技術參數及選擇

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壓電式加速度傳感器技術參數及選擇

網絡整理 發表於 2019-12-25 11:04:26

　　壓電式加速度傳感器原理

　　壓電式加速度傳感器是利用某些物質如石英晶體的壓電效應，在加速度計受振時，質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低於加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。

　　由於壓電式傳感器的輸出電信號是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內阻，故輸出能量甚微，這給後接電路帶來一定困難。為此，通常把傳感器信號先輸到高輸入阻抗的前置放大器。經過阻抗變換以後，方可用於一般的放大、檢測電路將信號輸給指示儀表或記錄器。

　　壓電式加速度傳感器技術參數

　　工作溫度　-196～+200℃

　　測量範圍　0.001～800MPa

　　重複性　0.5～1%FS

　　靈敏度　0.2～1000PC/MPa

　　非線性　0.3～1%FS

　　遲滯　1%FS

　　固有頻率　75～500kHz

　　溫度漂移　0.02～0.5%FS/℃

　　加速度靈敏度　0.01～100MPa/g

　　靈敏度溫度係數　0.02～0.5%/℃

　　壓電式加速度傳感器的選擇方法

　　壓電加速度傳感器因其頻響寬、動態範圍大、可靠性高、使用方便，受到廣泛應用。在一般通用振動測量時，用戶主要關心的技術指標為：靈敏度、頻率範圍，內部結構、內置電路型與純壓電型的區別，現場環境與後續儀器配置等。現在就隨必優傳感，一起來了解壓電式加速度傳感器的選擇方法吧。

　　一、靈敏度的選擇

　　製造商在產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範圍，目的是讓用戶在選擇不同靈敏度的加速度傳感器時能方便地選出合適的產品，最小加速度測量值也稱最小解析度，考慮到後級放大電路噪聲問題，應儘量遠離最小可用值，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後續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範圍可在傳感器指標中的「參考量程範圍」中選擇（兼顧頻響、重量），同時，在頻響、質量允許的情況下，儘量選擇高靈敏度的傳感器，以提高後續儀器輸入信號，提高信噪比。在兼顧頻響、質量的同時，可參照以下範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械結構的振動在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，屬於電荷輸出型壓電加速度傳感器。

　　2. 特殊的土木結構（如樁基）和機械設備的振動在100ms-2～1000ms-2，可選擇20pC/ms-2～2pC/ms-2的加速度傳感器。

　　3. 衝擊，碰撞測量量程一般10000ms-2～1000000ms-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

　　製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範圍應高於被測試件的振動頻率。有倍頻分析要求的加速度傳感器頻率響應應更高。土木工程一般是低頻振動，加速度傳感器頻率響應範圍可選擇0.2Hz～1kHz，機械設備一般是中頻段，可根據設備轉速、設備剛度等因素綜合估算振動頻率，選擇0.5Hz～5kHz的加速度傳感器。如發電機轉速在3000rms時，除以60s此時它的主頻率為50Hz。碰撞、衝擊測量高頻居多。

　　加速度傳感器的安裝方式不同也會改變使用頻響（對振動值影響不大）。

　　安裝面要平整、光潔，安裝選擇應根據方便、安全的原則。我們給出同一隻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影響很大，應注意選擇。加速度傳感器的質量、靈敏度與使用頻率成反比，靈敏度高，質量大，使用頻率低，這也是選擇的技巧。

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