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低頻加速度傳感器的技術原理及特點


  來源: 儀器儀表商情網 時間:2016-01-26 作者:荊楚
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由于壓電陶瓷的特性,壓電式加速度計對溫度的突然變化都會產生不同程度的電荷輸出。傳感器的瞬態溫度響應指標就是衡量傳感器對溫度變化的敏感程度。這對低頻測量尤為重要。由于低頻測量的信號很小,而傳感器因環境溫度變化極可能產生與低頻振動信號相當的誤差;這兩種信號在甚低頻范圍內很難區分,因此如何減小環境溫度變化對傳感器輸出的影響在低頻測量中顯得非常重要。傳感器的瞬態溫度響應指標單位是g/oC,表示瞬態溫度每變化一度所相當的加速度輸出,其值是通過電壓(電荷)輸出和傳感器靈敏度之間的換算得到的。

傳感器的瞬態溫度響應是由壓電材料直接導致的,因此壓電陶瓷對由溫度突變所致的電荷輸出大小決定了這一指標的好壞。BW-sensor選用目前國外綜合性能指標最好的壓電陶瓷并結合記憶金屬制成的用于低頻測量的加速度傳感器經國防兵器、航天和大型結構多年的使用驗證了傳感器具有優越的低頻輸出穩定性和抗干擾性能。實際甚低頻測量中,為了減低環境溫度變化對傳感器低頻信號輸出的影響,傳感器的外殼盡可能采用隔熱保護套。

傳感器的安裝基座和基座應變對測量的影響

由于低頻測量傳感器對高頻響應的要求不高因此傳感器使用任何種安裝方式一般都能滿足要求。但需要注意兩個問題,其一是傳感器應盡量考慮使用絕緣底座以避免任何由對地回路引起的噪聲影響測量信號。其二是應考慮傳感器安裝處的被測結構應變對傳感器輸出的影響,即傳感器應變靈敏度大小。剪切結構形式的壓電加速度傳感器具有良好的基座應變特性,一般都能滿足通常的低頻結構測試。如果結構應變過大對傳感器的測量信號有影響,可通過減小傳感器與被測結構之間的接觸面積來降低結構應變對傳感器測量帶來的影響。

與傳感器高頻指標相對應,傳感器的低頻測量指標通常由低頻截止頻率來確定,同樣一定低頻截止頻率與對應的幅值誤差相關。和高頻特性不同,傳感器的低頻特性與傳感器的任何機械參數無關,而僅取決于傳感器的電特性參數。當然傳感器作為測量系統的某一部分,測量信號的低頻特性還將受到與傳感器配用的后繼儀器電參數的制約。根據輸出信號的不同形式,以下將對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量信號的低頻特性由后繼電荷放大器確定。在實際應用中,當電荷型傳感器的芯體絕緣阻抗遠大于電荷放大器輸入端的輸入阻抗時,由傳感器和電荷放大器組成的測量系統其低頻截至頻率應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,此時傳感器則可能影響整個測量系統的低頻特性。因此保證芯體的絕緣阻抗對電荷輸出型加速度傳感器的低頻測量非常重要。

對于IEPE傳感器配用的恒流電壓源,其通常的低頻截至頻率為0.1Hz(-5%)。因此一般情況下測量系統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0.5Hz~1Hz,專門用于低頻測量的傳感器低頻截至頻率可擴展到0.1Hz。由于傳感器的低頻校驗比較困難,所以制造廠商一般只提供10Hz以上的測試數據。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測時間常數來檢查傳感器的實際低頻響應。

用IEPE型壓電型加速度傳感器測量甚低頻加速度信號還需要注意的問題有:

當傳感器和恒流電壓源交流耦合的低頻截至頻率相當時,測量系統的低頻特性是由傳感器和恒流電壓源的各自低頻響應組合而成,此時測量系統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。理想的測量系統傳感器應配用帶直流平衡的恒流電壓源,這樣系統的低頻響應將完全取決于傳感器的低頻截至頻率。

當傳感器用于甚低頻測量時,能否準確測量低頻信號并不完全決定與系統的低頻響應特性,系統的低頻電噪聲大小也將直接影響低頻信號的測量。另外傳感器的瞬態溫度響應大小也將直接影響傳感器的低頻測量。

關鍵詞:儀器儀表 工程振動量值 測量 傳感器    瀏覽量:569

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