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如何选择合适的加速度传感器.pdf

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工程师社区 选择合适的加速度传感器AnthonyChu 对于多数工程应用来说，选择合适的测试工具的变量。为了从加速度计算出速度和位移，从 将对测试结果产生很大的影响。本文将帮助读传感器输出的加速度信号会通过数字或模拟的 者正确的选择加速度传感器。让我们从传感器形式分别做一次和二次积分。这就可能导致了 的分类和原理开始。交流耦合的传感器会产生问题。为了演示这个 问题，设想采用交流传感器测量一个宽脉冲半 正弦波信号。由于固有的交流RC时间常数的 基本的加速度传感器类型 限制，传感器的输出不能很好跟输入脉冲吻 总的来说有两类加速度传感器: 合。同样的原因，在脉冲的结束点，传感器输 交流响应加速度传感器 出将产生一个负向零点偏移。下图展示了传感 直流响应加速度传感器 器的输出（红色的曲线）和宽脉冲半正弦加速 作为交流响应的加速度传感器，正如它的名度输入（蓝色曲线）的关系。 称，它的输出是交流耦合的。此类传感器不能 用来测试静态的加速度，比如重力加速度和离 心加速度。他们仅适合测量动态事件。而直流 响应的加速度传感器，具有直流耦合输出，能 够响应低至0赫兹的加速度信号。因此直流响 应的加速度传感器适合同时测试静态和动态的 加速度。并不是只有需要测试静态加速度时才这个看似微小的幅度上的差异在积分之后将产 选择直流响应的加速度传感器。生重大的误差1。直流响应的加速度传感器却 没有这样的问题，因为其输出能够准确的跟随 缓慢变化的输入。在实际的日常应用中，输入 加速度，速度，位移 信号可能不是单纯的半正弦脉冲，但是用交流 许多对于振动的研究需要获取加速度，速度和 耦合的传感器测试任何缓慢变化的信号时这样 位移的信息，这些是工程师们设计和验证结构 的问题始终会存在。 时所需要的重要信息。一般说来，加速度提供 现在我们看看各种常用的加速度传感器技术。 了很好的参考，而速度和位移却是计算时所需 www.sensorway.cnPage1 工程师社区 交流响应加速度传感器加速度传感器连接，从而可以消除电缆电容和 最常用的交流响应加速度传感器是采用压电元传感器电容并联带来的影响。配合先进的电荷 件作为其敏感单元的。当有加速度输入时，传放大器，电荷输出型加速度传感器很容易实现 感器中的检测质量块“移动”使压电元件产生宽的动态响应（>120dB）。由于压电陶瓷的 正比于输入加速度的电荷信号。从电学角看，工作温度范围很宽，有些传感器可以用于- 压电元件如同一个有源的电容器，其内阻在200°C到+400°C，甚至更宽温度的环境。它 10x9欧姆级别。由内阻和电容决定了RC时间们特别适合极限温度下的振动测试，如涡轮引 常数，这也决定了传感器的高频通过特性。由擎的监测。 于这个原因，压电加速度传感器不能用于测量 电压输出型加速度传感器 静态事件。压电元件可来自于自然界或人造。 另一种压电加速度传感器输出电压信号而不是 它们有不同的信号转换效率和线性。市场上有 电荷信号。这种传感器的内部包含了电荷放大 两类压电加速度传感器－电荷输出型，电压输 器。电压模式的传感器有3线式（信号，地， 出型。 电源）和2线式（信号/电源，地）。2线式又 . 被称为集成电路式压电传感器（IEPE）。由于 电荷输出型加速度传感器 可以方便的采用同轴线（2线，芯线和屏蔽 主要的压电加速度传感器采用锆钛酸盐陶瓷， 线）连接，IEPE非常流行。该模式下，交流 具有很宽的工作温度范围，宽的动态量程，宽 信号叠加在直流电源上。在输出端串联一个耦 的频率范围（可用频率>10kHz）。电荷输出 合电容能够去掉传感器的直流偏置电压，从而 型加速度传感器把压电陶瓷封装在具有气密性 仅获得传感器信号输出。许多现代仪器提供 的金属外壳中。由于具有抵抗严酷环境的能 IEPE/ICP3输入接口，从而可以和IEPE传感 力，其具有非常好的耐久性。由于其 器直接连接。如果IEPE供电接口不可用，需 具有很高的阻抗，该传感器需要 要一个带有恒流源的信号放大器和IEPE传感 配合电荷放大器和低噪声屏蔽电 器一期使用。3线式传感器则需要一根单独的 缆使用，最好是同轴电缆。低噪声电缆是指其 直流电源线供电。 具有低的摩擦电噪声2，这是一种运动产生的 与电荷输出型加速度传感器不同的是，除了压 来自电缆本身的噪声。很多传感器厂家同时提 电陶瓷元件，电压输出型加速度 供这种低噪声电缆。电荷放大器和电荷输出型 传感器包含一个微型电路，电路 www.sensorway.cnPage2 工程师社区 的工作温度范围限制了传感器的整体工作温度围。所有的电容型加速度传感器都具有内部时 范围，通常不超过125°C。也有一些设计提高钟，该时钟(~500kHz)是检测电路必不可少的 到了1