壓電式加速度傳感器

1、壓電式加速度傳感器(1) 壓電式加速度計的結(jié)構(gòu)和安裝壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計受振時，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加由于壓電式傳感器的輸出電信號是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故 阻抗的前置放大器。經(jīng)過阻抗變換以后，方可用于一般的放大、檢測電路物輸將信號輸 成在一起的產(chǎn)品，不僅方便了使用，而且也大大降低了成本。常用的壓電式加速度計的 安裝壓縮型，壓電元件一質(zhì)量塊一彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，支柱與基 座連接。這種結(jié)構(gòu)有高的共振頻率。然而基座 B 與

2、測試對象連接時，如果基座 B 有變形則將直接影響拾振器輸出。此外，測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電 元件，并使預(yù)緊力發(fā)生變化，易引起溫度漂移。圖 13.18c 為三角剪切形，壓電 元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動時，壓電元件 承受切應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較髙的共 振頻率和良好的線 環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變 小于 3。但共振頻率與加速度計的固定狀況有關(guān)，加加速度計的使用上限頻 率取決于幅頻曲線中的 共振 速度計，上限頻率若取 為 可保證幅值誤差 速度計出廠時給出的幅頻曲線 因而共振頻率和使用

3、上限頻率都會有所下降。加 速度計與試件的各種固定方法見圖其中圖 13.20a采用鋼螺栓 固定，是使共振頻率能達到 出 速度計的輸出。在安 裝面上涂一層硅脂可增加 不平整安裝表面的連接可 靠性。需要 的加速度計采用上述各種固定方法的共 振頻率分別約為：鋼螺栓固定法 31kHz,云母墊片 28kHz,涂簿蠟層 29kHz,手 持法 2kHz,永久磁鐵固定法 7kHzo 故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。 對給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般 來說，加速度計尺寸越大，其固有頻率越低。因此選用加速度計時應(yīng)當權(quán)衡靈 敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量的 靈敏度常以主靈

4、敏度（即加速度計的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的 百分比表示。一般在殼體上 因此，壓電式加速度計在測試時具有 一個優(yōu)良的加速 度計的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的 3%。壓電元件受力后產(chǎn)生的電荷量極其微弱，這電 荷使壓電元 微弱的電荷（或電壓）的關(guān)鍵是防止導線、測量電路 和加速度計本身的電荷泄漏。換句話講， 比例放大器。其電路比較簡單，但輸出受連接電纜對地電容的影 響，適用于一般振動測量。電 荷放大器以電容作負反饋，使用中基本不受電纜 電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量 低頻尤其小振幅振動時，加速度值小，傳感器的靈敏度有限，因 此輸出的信號將很微弱，信噪比很低；另外電荷的泄漏，積分電路的漂移（用

5、于 測振動速度和位移）、器件的噪聲都是不可 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前大部分壓電式加速度計在殼體內(nèi)都集成放大器，由它 來完成阻抗變換的功能。這類內(nèi)裝集成放大器的加速度計可使用長電纜而無衰 減，并可直接與大多數(shù)通 表 13. 1常用壓電式加速度計的參數(shù)表 353M2555000g 0. 5mV/g 0. 02g 4. 5g適用于爆破、撞擊等lOOOOOg 0.05mV/g 0. 3g 4. 4g適用于爆破、撞擊、爆炸分離等 5g lOOOmV/g 0. 00004g 35g高分辨率型500g lOmV/g 0. 0015g 0. 5g微型，適用于小型結(jié)構(gòu)50g lOOmV/g 0. 00016g

6、2g小型、高靈敏度、高分辨率，各種用途500g lOmV/g 0. 005g 2g高頻、小型、石英剪切，各種用途50g lOOmV/g 0. 0005g 27g三角剪切結(jié)構(gòu)，石英通用加速度傳感器2000g 2. 5mV/g 0. 04g 17. 9g沖擊傳感器、內(nèi)置濾波器，樁基檢測 50g lOOmV/g 0. 0002g 20g軸、結(jié)構(gòu)實驗5g lOOOmV/g 0.00006g 24g3軸、髙靈敏度 500g lOmV/g 0. OOlg 4g/方形 3軸、小型，模態(tài)、振動、噪聲實驗5g lV/g 0. 000 lg lOOOg超低頻地震傳感器，長期穩(wěn)定性良好0. 5g lOV/g 0.00000lg 635g超低頻地震傳感器，高靈敏度 由于上述磁電式速度傳感器存在響應(yīng)頻