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低频加速度传感器的技术原理及特点


  来源: 仪器仪表商情网 时间:2016-01-26 作者:荆楚
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由于压电陶瓷的特性,压电式加速度计对温度的突然变化都会产生不同程度的电荷输出。传感器的瞬态温度响应指标就是衡量传感器对温度变化的敏感程度。这对低频测量尤为重要。由于低频测量的信号很小,而传感器因环境温度变化极可能产生与低频振动信号相当的误差;这两种信号在甚低频范围内很难区分,因此如何减小环境温度变化对传感器输出的影响在低频测量中显得非常重要。传感器的瞬态温度响应指标单位是g/oC,表示瞬态温度每变化一度所相当的加速度输出,其值是通过电压(电荷)输出和传感器灵敏度之间的换算得到的。

传感器的瞬态温度响应是由压电材料直接导致的,因此压电陶瓷对由温度突变所致的电荷输出大小决定了这一指标的好坏。BW-sensor选用目前国外综合性能指标最好的压电陶瓷并结合记忆金属制成的用于低频测量的加速度传感器经国防兵器、航天和大型结构多年的使用验证了传感器具有优越的低频输出稳定性和抗干扰性能。实际甚低频测量中,为了减低环境温度变化对传感器低频信号输出的影响,传感器的外壳尽可能采用隔热保护套。

传感器的安装基座和基座应变对测量的影响

由于低频测量传感器对高频响应的要求不高因此传感器使用任何种安装方式一般都能满足要求。但需要注意两个问题,其一是传感器应尽量考虑使用绝缘底座以避免任何由对地回路引起的噪声影响测量信号。其二是应考虑传感器安装处的被测结构应变对传感器输出的影响,即传感器应变灵敏度大小。剪切结构形式的压电加速度传感器具有良好的基座应变特性,一般都能满足通常的低频结构测试。如果结构应变过大对传感器的测量信号有影响,可通过减小传感器与被测结构之间的接触面积来降低结构应变对传感器测量带来的影响。

与传感器高频指标相对应,传感器的低频测量指标通常由低频截止频率来确定,同样一定低频截止频率与对应的幅值误差相关。和高频特性不同,传感器的低频特性与传感器的任何机械参数无关,而仅取决于传感器的电特性参数。当然传感器作为测量系统的某一部分,测量信号的低频特性还将受到与传感器配用的后继仪器电参数的制约。根据输出信号的不同形式,以下将对电荷输出和低阻电压输出加速度传感器分别给与讨论。

尽管电荷型输出加速度传感器列出低频截止频率,但一般都给予指出测量信号的低频特性由后继电荷放大器确定。在实际应用中,当电荷型传感器的芯体绝缘阻抗远大于电荷放大器输入端的输入阻抗时,由传感器和电荷放大器组成的测量系统其低频截至频率应该由电荷放大器的低频特性所决定。但是如果传感器的芯体绝缘阻抗下降,此时传感器则可能影响整个测量系统的低频特性。因此保证芯体的绝缘阻抗对电荷输出型加速度传感器的低频测量非常重要。

对于IEPE传感器配用的恒流电压源,其通常的低频截至频率为0.1Hz(-5%)。因此一般情况下测量系统的低频特性是由传感器的低频截至频率所决定。通用型传感器的低频截止频率大多为0.5Hz~1Hz,专门用于低频测量的传感器低频截至频率可扩展到0.1Hz。由于传感器的低频校验比较困难,所以制造厂商一般只提供10Hz以上的测试数据。但传感器的低频特性与一阶高通滤波器非常吻合,所以用户可以通过实测时间常数来检查传感器的实际低频响应。

用IEPE型压电型加速度传感器测量甚低频加速度信号还需要注意的问题有:

当传感器和恒流电压源交流耦合的低频截至频率相当时,测量系统的低频特性是由传感器和恒流电压源的各自低频响应组合而成,此时测量系统的低频截止频率要高于传感器或恒流电压源各自的低频截止频率。理想的测量系统传感器应配用带直流平衡的恒流电压源,这样系统的低频响应将完全取决于传感器的低频截至频率。

当传感器用于甚低频测量时,能否准确测量低频信号并不完全决定与系统的低频响应特性,系统的低频电噪声大小也将直接影响低频信号的测量。另外传感器的瞬态温度响应大小也将直接影响传感器的低频测量。

关键词:仪器仪表 工程振动量值 测量 传感器    浏览量:410

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