產(chǎn)品目錄
Products壓電型式的加速度計(jì)是振動(dòng)測(cè)試的zui主要傳感器。雖然壓電型加速度計(jì)的測(cè)量范圍寬，但因市場(chǎng)上此類加速度計(jì)品種繁多，所以給正確的選用帶來一定的難度。作為選用振動(dòng)傳感器的一般原則：正確的選用應(yīng)該基于對(duì)測(cè)量信號(hào)以下三方面的分析和估算。
- a.被測(cè)振動(dòng)量的大小
b.被測(cè)振動(dòng)信號(hào)的頻率范圍
c.振動(dòng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境
- a.被測(cè)振動(dòng)量的大小
以下將針對(duì)上述三個(gè)方面并參照傳感器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)具體的選用作進(jìn)一步地討論
·傳感器的靈敏度與量程范圍
傳感器的靈敏度是傳感器的zui基本指標(biāo)之一。靈敏度的大小直接影響到傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測(cè)振動(dòng)量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測(cè)量振動(dòng)的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號(hào)的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號(hào)大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)其振動(dòng)量的加速度值可能會(huì)相當(dāng)小，例如當(dāng)振動(dòng)位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號(hào)其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對(duì)高頻振動(dòng)當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號(hào)其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2 (40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測(cè)量量程范圍，但對(duì)用于測(cè)量高低兩端頻率的振動(dòng)信號(hào)，選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對(duì)信號(hào)有充分的估計(jì)。zui常用的振動(dòng)測(cè)量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50~100 mV/g，電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。
加速度值傳感器的測(cè)量量程范圍是指?jìng)鞲衅髟谝欢ǖ姆蔷€性誤差范圍內(nèi)所能測(cè)量的zui大測(cè)量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其測(cè)量范圍越小，反之靈敏度越小則測(cè)量范圍越大。
IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測(cè)量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的zui大輸出信號(hào)電壓所決定，zui大輸出電壓量值一般都為±5V。通過換算就可得到傳感器的zui大量程，即等于zui大輸出電壓與靈敏度的比值。需要指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性誤差大小影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)指標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的zui大輸出信號(hào)就會(huì)發(fā)生畸變。因此IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻測(cè)量也可能會(huì)使信號(hào)失真；這種現(xiàn)象在高低溫測(cè)量時(shí)需要特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)定時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而造成測(cè)量信號(hào)忽大忽小。
而電荷輸出型測(cè)量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的zui大信號(hào)輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過實(shí)驗(yàn)來確定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對(duì)較小。同時(shí)因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號(hào)，結(jié)果使諧振波疊加在被測(cè)信號(hào)上造成信號(hào)失真輸出。因此在zui大測(cè)量范圍選擇時(shí)，也要考慮被測(cè)信號(hào)頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時(shí)在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號(hào)不產(chǎn)生失真。
加速度傳感器靈敏度的標(biāo)定方法通常采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率（通常為159 Hz 或80 Hz）振動(dòng)的輸出與標(biāo)準(zhǔn)傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對(duì)沖擊傳感器的靈敏度則通過測(cè)量被校傳感器對(duì)一系列不同沖擊加速度值的輸出響應(yīng)，獲得傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過數(shù)值計(jì)算獲得與各點(diǎn)之間差值z(mì)ui小的直線，而這直線的斜率即是傳感器的沖擊靈敏度。
沖擊傳感器的非線性誤差可以有兩種方法表示：全量程偏差或按分段量程的線性誤差。前者是指?jìng)鞲衅鞯娜砍梯敵鰹榛鶞?zhǔn)的誤差百分?jǐn)?shù)，即無論測(cè)量值得大小其誤差均為按全量程百分?jǐn)?shù)計(jì)算而得的誤差值。按分段量程的線性誤差其計(jì)算方法與全量程偏差相同，但基準(zhǔn)不用全量程而是以分段量程來計(jì)算誤差值。例如量程為20000g 的傳感器，如全量程偏差為1% ，其線性誤差在全量程內(nèi)為200g；但當(dāng)傳感器按分段量程5000g ，10000g ，20000g 來衡量其線性誤差，其誤差仍為1% 時(shí)，則傳感器在不同的3個(gè)量程段內(nèi)線性誤差則分別為50g ，100g ，200g。
·傳感器的測(cè)量頻率范圍
傳感器的頻率測(cè)量范圍是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)（±5%, ±10%, ±3dB）傳感器所能測(cè)量的頻率范圍。頻率范圍的高，低限分別稱為高，低頻截至頻率。截至頻率與誤差直接相關(guān)，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則，傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電參數(shù)所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，反之用于低頻測(cè)量的高靈敏度傳感器相對(duì)來說則一定體積大和重量重。
1) 傳感器的高頻測(cè)量范圍
傳感器的高頻測(cè)量指標(biāo)通常由高頻截止頻率來確定，而一定截止頻率與對(duì)應(yīng)的幅值誤差相；所以傳感器選用時(shí)不能只看截至頻率，必須了解對(duì)應(yīng)的幅值誤差值。傳感器的頻率幅值誤差小不僅是測(cè)量精度提高，更重要的是體現(xiàn)了傳感器制造過程中控制安裝精度偏差地能力。另外由于測(cè)量對(duì)象的振動(dòng)信號(hào)頻率帶較寬，或傳感器的固有諧振頻率不夠高，因而被激發(fā)的諧振信號(hào)波可能會(huì)疊加在測(cè)量頻帶內(nèi)的信號(hào)上，造成較大的測(cè)量誤差。所以在選擇傳感器的高頻測(cè)量范圍時(shí)除高頻截至頻率外，還應(yīng)考慮諧振頻率對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響；當(dāng)然這種測(cè)量頻段外的信號(hào)也可通過在測(cè)量系統(tǒng)中濾波器給予消除。
一般情況下傳感器的高頻截止頻率與輸出信號(hào)的形式（即電荷型或低阻電壓型）無關(guān)；而與傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造以及安裝形式和安裝質(zhì)量都密切相關(guān)。以下表格是對(duì)不同型式加速度傳感器的高頻響應(yīng)作一個(gè)定性的歸類，供用戶在選用時(shí)對(duì)比和參考。
高頻響應(yīng) | 外形, 重量和靈敏度 | 敏感芯體形式 | 總體設(shè)計(jì) | 安裝形式 |
體積小, 重量輕, 低靈敏度 | 壓縮型 | 單層殼通用型 | 螺釘安裝 | |
好 | 通用型 | 剪切型 | 單層殼帶絕緣座 | 吸鐵, 粘接 |
差 | 個(gè)大, 體重, 高靈敏度 | 彎曲梁形式 | 雙層屏蔽殼 | 手持 |
對(duì)加速度傳感器的高頻測(cè)量應(yīng)用請(qǐng)參考應(yīng)用->高頻測(cè)量
2) 傳感器的低頻測(cè)量范圍
與傳感器高頻指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，傳感器的低頻測(cè)量指標(biāo)通常由低頻截止頻率來確定，同樣一定低頻截止頻率與對(duì)應(yīng)的幅值誤差相關(guān)。和高頻特性不同，傳感器的低頻特性與傳感器的任何機(jī)械參數(shù)無關(guān)，而僅取決于傳感器的電特性參數(shù)。當(dāng)然傳感器作為測(cè)量系統(tǒng)的某一部分，測(cè)量信號(hào)的低頻特性還將受到與傳感器配用的后繼儀器電參數(shù)的制約。根據(jù)輸出信號(hào)的不同形式，以下將對(duì)電荷輸出和低阻電壓輸出加速度傳感器分別給與討論。
盡管電荷型輸出加速度傳感器列出低頻截止頻率，但一般都給予指出測(cè)量信號(hào)的低頻特性由后繼電荷放大器確定。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電荷型傳感器的芯體絕緣阻抗遠(yuǎn)大于電荷放大器輸入端的輸入阻抗時(shí)，由傳感器和電荷放大器組成的測(cè)量系統(tǒng)其低頻截至頻率應(yīng)該由電荷放大器的低頻特性所決定。但是如果傳感器的芯體絕緣阻抗下降，此時(shí)傳感器則可能影響整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的低頻特性。因此保證芯體的絕緣阻抗對(duì)電荷輸出型加速度傳感器的低頻測(cè)量非常重要。
對(duì)于IEPE 傳感器配用的恒流電壓源，其通常的低頻截至頻率為0.1 Hz (-5%)。因此一般情況下測(cè)量系統(tǒng)的低頻特性是由傳感器的低頻截至頻率所決定。通用型傳感器的低頻截止頻率大多為0.5 Hz~1 Hz, 專門用于低頻測(cè)量的傳感器低頻截至頻率可擴(kuò)展到0.1 Hz。由于傳感器的低頻校驗(yàn)比較困難，所以制造廠商一般只提供10 Hz以上的測(cè)試數(shù)據(jù)。但傳感器的低頻特性與一階高通濾波器非常吻合，所以用戶可以通過實(shí)測(cè)時(shí)間常數(shù)來檢查傳感器的實(shí)際低頻響應(yīng)。
對(duì)加速度傳感器的低頻測(cè)量應(yīng)用請(qǐng)參考應(yīng)用->低頻測(cè)量
用IEPE 型壓電型加速度傳感器測(cè)量甚低頻加速度信號(hào)還需要注意的問題有：
°當(dāng)傳感器和恒流電壓源交流耦合的低頻截至頻率相當(dāng)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的低頻特性是由傳感器和恒流電壓源的各自低頻響應(yīng)組合而成，此時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的低頻截止頻率要高于傳感器或恒流電壓源各自的低頻截止頻率。理想的測(cè)量系統(tǒng)傳感器應(yīng)配用帶直流平衡的恒流電壓源，這樣系統(tǒng)的低頻響應(yīng)將*取決于傳感器的低頻截至頻率。
°當(dāng)傳感器用于甚低頻測(cè)量時(shí)，能否準(zhǔn)確測(cè)量低頻信號(hào)并不*決定與系統(tǒng)的低頻響應(yīng)特性，系統(tǒng)的低頻電噪聲大小也將直接影響低頻信號(hào)的測(cè)量。另外傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)大小也將直接影響傳感器的低頻測(cè)量。
