技術與應用
發布日期：2020-03-25 15:23 瀏覽次數：次
1、 加速度傳感器的構造和用途
壓電型加速度傳感器在靈敏度方面與其他形式的傳感器相比，具有較高的共振頻率，因此在各個領域被廣泛應用。其構造大致分為以下三類。
（a）壓縮型
即在基座與質量塊中間用螺絲固定壓電體的構造。由于機械強度極高，可以對應高強度沖擊力的測量。但缺點在于壓電體的極化方向與電流輸出的方向一致，因此容易受到電熱氣的影響。但是電熱氣造成的噪聲頻率成分是低頻（數Hz以下），因此可以通過低通濾波器消除。
壓縮型傳感器的共振頻率高，因此不僅適用于一般振動測量，也適用于高速旋轉機器、管道泄漏等高頻振動測量。
（b）剪切型
因為壓電體的極化方向與電流輸出方向成 90°垂直，因此幾乎沒有電熱氣的輸出。（電熱氣對于極化方向表現在垂直面上）構造如圖2中壓電體的雙面電極上產生錯位。
（c）撓曲型
與雙壓電晶片的原理相同，利用了壓電體的橫向效果。壓電體薄板粘接在金屬板上，使其彎曲后對壓電體施加橫向的應力，并根據彎曲程度按比例輸出。
根據用途、規格，構造可以分為中心固定、兩端固定、一端固定三種方式。撓曲型的共振頻率并不是很高，但在低頻域中具有高靈敏度，因此適用于地震地基振動、水壩發電站等大型建筑物的微型振動測量。 下面列舉出各個類型的優勢，請根據應用需求來進行選擇。
（壓縮型）
¡ 機械強度高。（最大使用加速度大）
¡ 對于共振頻率靈敏度高。（可以對應高頻域）
（剪切型）
¡ 熱噪音小。
¡ 基座張力靈敏度小。
¡ 與主機重量相比可以制作出靈敏度高的傳感器
（撓曲型）
¡ 在低頻范圍內具有極高的靈敏度
¡ 可制作出小巧輕便的傳感器
2、 加速度傳感器的安裝方法
固定加速度傳感器時最關鍵的是保證基座底面與振動體表面完全緊密貼合。因此加速度傳感器基座的底面是精加工的,而且中心位置有固定傳感器用的螺絲孔。理想狀態是將振動體表面盡可能的打磨平滑，并在接觸面涂抹上硅油或潤滑油，用螺絲鉗固定牢固。固定狀態的好壞直接影響測量效果，特別是在高頻特性中影響比較大。
下面對使用各種選配件安裝進行說明。
[絕緣螺栓]
絕緣螺栓可將傳感器基座與 GND 絕緣開，為了防止接地回路造成的噪聲混入。安裝時應注意采用與安裝傳感器同樣的步驟，首先將絕緣螺栓安裝在傳感器上，然后利用絕緣螺栓的六角部分固定在振動體上。此時在接觸面涂抹上硅油比較好。另外，安裝扭矩請參考圖5。
振動體屬于金屬材質的話，可以使用磁吸夾具來固定。根據與振動體的接觸狀況磁吸夾具的高頻特性會有明顯不同，因此需要盡量將振動體表面研磨平滑。涂抹硅油后緊密性提高，可以基本達到螺絲固定的高頻特性效果。另外，根據傳感器質量高頻特性會相應變化。
[常規螺帽]
螺栓無法在振動體上直立或無法吸附磁鐵時，可以使用粘結劑、雙面膠。但是在加速度傳感器基座底面直接涂抹粘結劑的話，在拆除時可能會損壞基座底面或粘結劑殘留在固定螺絲里面，對今后的測量帶來很大影響，因此不推薦此方法。此時可以使用常規螺帽。這種常規螺帽只有一邊可固定螺絲，另一邊則是平滑的表面，因此適用于使用粘結劑固定的情況。另外，這種常規螺帽安裝便利可以再加工。
3、 低噪音電纜
由于壓電型加速度傳感器的輸出電阻非常高，因此電纜在受到機械彎曲變形時產生的靜電噪聲會對其產生影響。
同軸電纜在受到機械彎曲變形時，如圖 10.3.1 所示屏蔽覆蓋導體與絕緣體分離，形成局部電容器。再通過摩擦存儲電荷，電荷通過導體由電荷放大器放電后就形成了噪音。我們稱之為摩擦效應。
為了降低其影響，不形成局部電容器一般使用低噪聲電纜，此類電纜在絕緣體表面進行包膜處理，即使出現導體與絕緣體分離的情況也不會產生電容器，也就不會產生摩擦效應。但是在實際測量中，使用低噪聲電纜還是需要固定好盡量不產生機械運動。
4、 低頻低速振動測量
在測量低頻低速振動時，特別是測量系統整體需要確保高 S/N 比。那就需要選擇極高靈敏度的加速度傳感器。（P52S 或 P13S 等）根據測量目的選擇低頻截止頻率。如果響應范圍超出必要范圍擴展到低頻，在急劇的溫度變化下就會混入電熱氣噪聲，成為S/N比惡化的原因。在溫度急劇變化的情況下，如果需要測量數 Hz 以下的話，請選用剪切型加速度傳感器。
5、 沖擊以及過載振動測量
測量沖擊振動時，包括加速度傳感器在內的測量系統的過度應答特性十分重要。沖擊頻率低時，即脈沖幅度變大時零點漂移造成的誤差會非常明顯。這由系統的低頻特性來決定。另外，沖擊頻率變高時，振鈴造成的誤差會變大。這由系統的高頻特性來決定。零點漂移雖然對波形的實效值沒有影響，但在測量峰值時需要考慮進去。特別是通過積分器求得速度、位移時需要注意。 在實際進行沖擊測量時，所需要的系統時間常數或固有共振頻率的數值，請參考下表(1)、(2) 、(3)中的記錄。
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