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(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來(lái)一定困難。為此，通常把傳感器信號(hào)先輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃?。?jīng)過(guò)阻抗變換以后，方可用于一般的放大、檢測(cè)電路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄器。
壓電式加速度傳感器技術(shù)參數(shù)
工作溫度 -196～+200℃測(cè)量范圍 0.001～800MPa重復(fù)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靈敏度溫度系數(shù) 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(dòng)態(tài)范圍大、可靠性高、使用方便，受到廣泛應(yīng)用。在一般通用振動(dòng)測(cè)量時(shí)，用戶主要關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)為：靈敏度、頻率范圍，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)置電路型與純壓電型的區(qū)別，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與后續(xù)儀器配置等?，F(xiàn)在就隨必優(yōu)傳感，一起來(lái)了解壓電式加速度傳感器的選擇方法吧。
一、靈敏度的選擇制造商在產(chǎn)品介紹或說(shuō)明書(shū)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(cè)量值也稱最小分辨率，考慮到后級(jí)放大電路噪聲問(wèn)題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離最小可用值，以確保最佳信噪比。最大測(cè)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(cè)加速度×傳感器電荷（電壓）靈敏度，其數(shù)值是否超過(guò)配套儀器的最大輸入電荷（電壓）值。建議如已知被測(cè)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(hào)，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(cè)量量程一般10000ms-2～1000000ms-2，可選擇傳感器靈敏度是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(kāi)不用的，但也有特例，如軸承故障檢測(cè)。選擇加速度傳感器的頻率范圍應(yīng)高于被測(cè)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(cè)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(duì)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(jiàn)，安裝方式的不同對(duì)測(cè)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。