Bz11系列內(nèi)裝集成電路傳感器說明書

1、BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器使 用 說 明 書秦皇島市北戴河蘭德科技有限責(zé)任公司北戴河電氣自動(dòng)化研究所引言及安全信息引言歡迎您選用BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器，很高興您選擇了本公司的產(chǎn)品。安全信息為了安全、有效地使用您購買的傳感器，請(qǐng)您在使用前閱讀以下信息。傳感器的供電電壓范圍是1830VDC，為了減小傳感器內(nèi)部的功耗所帶來的溫升，應(yīng)盡量使用低電壓供電。 傳感器接線要正確。請(qǐng)?jiān)谑褂们霸敿?xì)閱讀使用方法和注意事項(xiàng)（詳見本說明書第1933頁）。蘭德公司擁有對(duì)本說明書的最終解釋權(quán)。蘭德公司保留修改技術(shù)規(guī)則而不事先通知的權(quán)利。蘭德公司保留修改說明書的權(quán)利，恕不另行通知。蘭德公司保

2、留在未事先通知的情況下對(duì)技術(shù)產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行修改的權(quán)利。目 錄目錄目錄產(chǎn) 品 概 述. 簡(jiǎn)介 1. 產(chǎn)品特點(diǎn)和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) 1使 用 知 識(shí). 工作原理 3. 主要技術(shù)指標(biāo) 19. 使用方法 19. 注意事項(xiàng) 33產(chǎn)品附件及售后服務(wù). 產(chǎn)品附件 34. 售后服務(wù) 34附 錄附表一、傳感器型號(hào)和主要技術(shù)指標(biāo) 35附表二、傳感器訂貨信息 36附圖一、傳感器外形圖 37附表三、傳感器外形尺寸 38附錄一、信號(hào)調(diào)理器介紹 39產(chǎn)品概述 蘭德科技簡(jiǎn) 介BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器是基于壓電轉(zhuǎn)換原理、內(nèi)裝微型集成電路的加速度傳感器。傳感器為二線制420mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。它與電荷輸出型壓電加速度傳感器

3、相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是傳感器的輸出阻抗減小了幾百萬倍，抗干擾能力等綜合指標(biāo)大大增強(qiáng)；與二線制或多線制電壓輸出型傳感器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是電纜電阻、接線電阻及電阻隨溫度等環(huán)境因素的變化都不會(huì)對(duì)信號(hào)造成任何影響。傳感器還具有關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，使高、低頻特性和穩(wěn)定性得到突破性改善，是新型內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器。BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器具有從0.1Hz到35kHz的頻率范圍和從1106ms-2到8105ms-2的動(dòng)態(tài)范圍；它還具有良好的歸一化特性、接插互換性和產(chǎn)品齊套性；它可以獨(dú)立組成最小測(cè)量系統(tǒng)；可與具有420mA接口儀器無縫連接；可與本公司研制生產(chǎn)的BZ27系列信號(hào)調(diào)理器配套使用連接

4、眾多儀器或信號(hào)處理設(shè)備；利用信號(hào)調(diào)理器積分功能可組成速度傳感器系列和位移傳感器系列。產(chǎn)品逐個(gè)檢驗(yàn)，出具計(jì)量檢定合格證書。本系列傳感器可廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防等尖端技術(shù)領(lǐng)域以及鐵路、橋梁、建筑、車船、機(jī)械、石油、化工、冶金、交通等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。產(chǎn)品特點(diǎn)和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下：1、采用等效阻抗變換技術(shù)，展寬并穩(wěn)定傳感器低頻特性。壓電加速度傳感器在低頻段對(duì)阻抗的要求很高，傳統(tǒng)的傳感器很難精確控制高輸入阻抗值，從而不能精確控制低頻下限頻率和低頻段的高穩(wěn)定性。本系列傳感器應(yīng)用等效阻抗變換技術(shù)，將高阻抗變?yōu)榈妥杩梗ń档蛶装俦叮?，生產(chǎn)工藝變得簡(jiǎn)單而有效，使傳感器低頻特性和穩(wěn)定性得到突破性改善。傳

5、感器低頻信噪比的提高使低頻高靈敏度測(cè)量更精確、更穩(wěn)定。2、采用欠阻尼諧振補(bǔ)償技術(shù)，展寬傳感器高頻特性并提高高頻信噪比。傳感器換能部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)可等效為單自由度欠阻尼系統(tǒng)的受迫振動(dòng)。傳統(tǒng)傳感器可用的上限頻率只能限制在機(jī)械固有頻率的1/3以下，普通內(nèi)裝集成電路傳感器也是如此，都沒有把傳感器的高頻性能充分發(fā)揮出來。采用欠阻尼諧振補(bǔ)償技術(shù)，可使傳感器可用的上限頻率接近其機(jī)械固有頻率，而且越接近其機(jī)械固有頻率，傳感器的信噪比也越高，使傳感器高頻特性得到突破性改善。產(chǎn)品特點(diǎn)如下：1、高頻響應(yīng)范圍寬，更適合寬頻帶測(cè)量；2、低頻特性明顯改善，更適合低頻高靈敏度測(cè)量；3、420mA電流輸出，噪聲小、抗干擾能力強(qiáng)

6、，更適合遠(yuǎn)距離測(cè)量；4、內(nèi)部基準(zhǔn)補(bǔ)償，使時(shí)間和溫度穩(wěn)定性得到改善，更適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；5、歸一化輸出，不用單獨(dú)設(shè)置靈敏度，互換性好，更適合多點(diǎn)集群式測(cè)量；6、過載能力強(qiáng)，防塵、防潮、防腐蝕，適用于惡劣環(huán)境；7、利用傳感器的輸出特性，可以對(duì)傳感器進(jìn)行自檢，更適合高可靠性測(cè)量；8、兩線制接線，不怕地電流干擾，對(duì)電纜電器特性無嚴(yán)格限制，使用方便；9、與積分型信號(hào)調(diào)理器連接后，可靈活選擇增益和積分曲線組成速度傳感器系列和位移傳感器系列。- 46 -使用知識(shí) 蘭德科技工 作 原 理a/Q轉(zhuǎn)換壓電加速度傳感器Q/V轉(zhuǎn)換阻抗變換穩(wěn)定低頻V/I轉(zhuǎn)換 高頻補(bǔ)償電流放大零點(diǎn)設(shè)置內(nèi)部基準(zhǔn)內(nèi)部電源電流輸入（屏蔽線芯）電流

7、輸出（屏蔽線皮）圖1：傳感器原理框圖BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器（以下簡(jiǎn)稱內(nèi)裝電路傳感器）的原理框圖見圖1。下面將內(nèi)裝電路傳感器分為壓電加速度傳感器、內(nèi)裝集成電路、綜合性能三部分?jǐn)⑹觥?、 壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式和工作原理壓電加速度傳感器為圖1所示的a/Q轉(zhuǎn)換單元，它的功能是將加速度a按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電荷Q，完成機(jī)電信息轉(zhuǎn)換。單軸向剪切式壓電加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。壓電晶體敏感質(zhì)量基座加速度敏感方向圖2：傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖2中的壓電晶體是人工極化陶瓷（PZT）材料。這種材料按不同的晶格方向切割做成壓電晶體片時(shí)，具有不同的壓電效應(yīng)，分為剪切片和壓縮片。

8、不論剪切片還是壓縮片，只對(duì)單軸向受力敏感。圖2中使用的壓電晶體片是剪切片，只對(duì)單軸向的剪切力敏感。所以圖2中的加速度敏感方向是與基座垂直的方向。傳感器基座感受到垂直方向的加速度時(shí)，敏感質(zhì)量在慣性作用下與基座形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，壓電晶體受到剪切應(yīng)力，使壓電晶體的表面產(chǎn)生電荷。利用這種機(jī)械結(jié)構(gòu)和壓電轉(zhuǎn)換原理制成的傳感器稱為剪切式壓電加速度傳感器。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同，剪切式傳感器分為梁式剪切（如圖2所示）和環(huán)型剪切等。根據(jù)壓縮片的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以制成壓縮式壓電加速度傳感器。剪切式傳感器與壓縮式傳感器相比，具有很好的溫度穩(wěn)定性。其原因是：敏感質(zhì)量與基座都是金屬材料，體積都會(huì)隨溫度的變化而膨脹

9、或收縮，則會(huì)在壓縮方向上產(chǎn)生附加應(yīng)力，而不會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力。壓縮式傳感器會(huì)將這個(gè)附加應(yīng)力轉(zhuǎn)換成電荷輸出，而剪切式傳感器對(duì)壓縮應(yīng)力不敏感，所以剪切式傳感器比壓縮式傳感器得到更廣泛的應(yīng)用。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無論是壓縮式還是剪切式傳感器，它的抗過載能力極強(qiáng)，一般能達(dá)到傳感器量程的510倍以上。根據(jù)壓電晶體只對(duì)單軸向受力敏感的特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)成單軸向加速度傳感器、雙軸向加速度傳感器和三軸向加速度傳感器。單軸向加速度傳感器（圖2）只能測(cè)量與基座垂直方向的加速度值，對(duì)其它方向不敏感。在使用單軸向加速度傳感器時(shí)，傳感器的安裝位置和安裝方向與被測(cè)加速度的位置和方向相一致。雙軸向加速度傳感器相當(dāng)于兩只互相垂直的單軸向

10、加速度傳感器的組合。在空間坐標(biāo)系中一般標(biāo)注為X軸和Z軸，傳感器外表面都有明顯標(biāo)注。標(biāo)注Z軸表示與傳感器基座垂直的方向，X軸表示與Z軸垂直的方向。雙軸向加速度傳感器獨(dú)立測(cè)量X軸方向和Z軸方向的加速度值，并分別輸出2路電荷信號(hào)，可以直接測(cè)得X軸方向和Z軸方向的加速度值，也可以通過后續(xù)儀表計(jì)算出X軸方向和Z軸方向加速度值的向量和，測(cè)出XZ平面內(nèi)任意方向的加速度值。當(dāng)然也要注意傳感器的安裝位置和安裝方向是否與使用者關(guān)心的平面相一致。三軸向加速度傳感器相當(dāng)于三只互相垂直的單軸向加速度傳感器的組合。在空間坐標(biāo)系中一般標(biāo)注為X軸、Y軸和Z軸，傳感器外表面都有明顯標(biāo)注。一般標(biāo)注Z軸表示與傳感器基座垂直的方向，

11、X軸、Y軸互相垂直并與Z軸垂直。三軸向加速度傳感器獨(dú)立測(cè)量X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的加速度值，并分別輸出3路電荷信號(hào)，可以直接測(cè)得X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的加速度值，也可以通過后續(xù)儀表計(jì)算出X軸方向、Y軸方向和Z軸方向加速度值的向量和，測(cè)出三維空間內(nèi)任意方向的加速度值。當(dāng)然也要注意傳感器的安裝位置和安裝方向是否與使用者規(guī)定的坐標(biāo)系相一致。目前北戴河蘭德科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的雙軸向加速度傳感器和三軸向加速度傳感器不是簡(jiǎn)單地將單軸向加速度傳感器組合在一起，而是經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)，在單位靈敏度時(shí)體積和重量比同類產(chǎn)品減小了70，由于重量大幅度減輕，給標(biāo)定和使用帶來了極大方便。壓電加速度傳感器的四個(gè)重

12、要指標(biāo)壓電加速度傳感器用許多指標(biāo)來表征它的特性。對(duì)使用者而言，應(yīng)該關(guān)心的指標(biāo)很多，有信號(hào)轉(zhuǎn)換指標(biāo)、結(jié)構(gòu)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)。信號(hào)轉(zhuǎn)換指標(biāo)包括：電荷靈敏度、最大橫向電荷靈敏度系數(shù)、幅值頻率特性曲線、相位頻率特性曲線、幅值溫度特性曲線、幅值時(shí)間特性曲線等。結(jié)構(gòu)指標(biāo)包括：軸向（單、雙、三軸）、結(jié)構(gòu)機(jī)理（剪切式、壓縮式）、外形尺寸、重量、安裝方式、安裝力矩、出線方式等。環(huán)境指標(biāo)包括：環(huán)境溫度、濕度、密封等級(jí)、防腐蝕等級(jí)、是否對(duì)地絕緣、絕緣等級(jí)等。在同一種型號(hào)的傳感器中，每只傳感器給出的結(jié)構(gòu)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)是相同的，但是信號(hào)轉(zhuǎn)換指標(biāo)是不同的，所以，每只傳感器都要單獨(dú)給出一組信號(hào)轉(zhuǎn)換指標(biāo)。下面對(duì)壓電加速度傳感器信

13、號(hào)轉(zhuǎn)換指標(biāo)中的四個(gè)重要指標(biāo)予以闡述。A、電荷靈敏度當(dāng)壓電晶體受到機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)，其表面就會(huì)產(chǎn)生電荷，所產(chǎn)生電荷密度的大小與所施加的機(jī)械應(yīng)力的大小成線性關(guān)系，所受的機(jī)械應(yīng)力在敏感質(zhì)量一定的情況下與加速度值成正比，所以壓電晶體受力后產(chǎn)生的電荷與所感受的加速度值成正比。即： （1）則：（2）式中： Q 壓電晶體輸出的電荷 dij 壓電晶體的二階壓電張量 m 加速度的敏感質(zhì)量 a 所受的振動(dòng)加速度值SQ 加速度傳感器的電荷靈敏度壓電晶體承受單位振動(dòng)加速度值輸出電荷量的多少，稱為電荷靈敏度SQ，常用單位為pC/ms-2（皮庫侖/加速度）。以前曾用單位為pC/g（皮庫侖/重力加速度），它們的換算關(guān)系： 1

14、pC/g9.8 pC/ms-2重力加速度g在地球的不同地區(qū)有所差別，如北京地區(qū)g9.81 ms-2注意：每只傳感器都要單獨(dú)給出電荷靈敏度指標(biāo)。B、最大橫向電荷靈敏度系數(shù)在傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，規(guī)定為傳感器基座的安裝平面與傳感器敏感軸方向垂直，被測(cè)加速度的敏感方向就是與傳感器基座垂直的方向。在理論上，垂直于傳感器敏感軸方向的平面（安裝平面）內(nèi)任意方向的加速度都不會(huì)使傳感器產(chǎn)生電荷，在這些方向上的電荷靈敏度為零，這也是設(shè)計(jì)傳感器時(shí)想要達(dá)到的理想結(jié)果。但是，在傳感器生產(chǎn)工藝中，不可能保證壓電晶體片的切割方向與晶體的晶格方向沒有誤差，也不可能保證傳感器的機(jī)械加工和裝配過程中沒有誤差，這些誤差的積累會(huì)導(dǎo)致這樣的

15、情況發(fā)生：a、傳感器敏感軸方向與安裝平面不垂直；b、傳感器內(nèi)使用多片壓電晶體時(shí)出現(xiàn)多個(gè)傳感器敏感軸方向，互相不一致且與安裝平面不垂直。這樣，在傳感器安裝平面內(nèi)任意方向的加速度都會(huì)在傳感器敏感軸方向上產(chǎn)生加速度分量，使傳感器的靈敏度不為零。這個(gè)靈敏度是測(cè)量中不需要的，是假信號(hào)，但是它卻是很難消除的。所以，就產(chǎn)生了橫向靈敏度的定義：在傳感器安裝平面內(nèi)任意方向的加速度所產(chǎn)生的電荷靈敏度稱為橫向電荷靈敏度。平面內(nèi)各方向橫向電荷靈敏度的最大值稱為最大橫向電荷靈敏度。一般情況下，傳感器的電荷靈敏度越高，它的最大橫向電荷靈敏度也越高，所以不能簡(jiǎn)單地說最大橫向電荷靈敏度高的傳感器這項(xiàng)指標(biāo)一定不好。為了綜合評(píng)價(jià)

16、不同型號(hào)傳感器的最大橫向電荷靈敏度，采用最大橫向電荷靈敏度系數(shù)指標(biāo)來評(píng)價(jià)比較客觀，最大橫向電荷靈敏度系數(shù)由下式表示：（3）式中：kH 最大橫向電荷靈敏度系數(shù)SQ 傳感器的電荷靈敏度 pC/ms-2SH 傳感器的最大橫向電荷靈敏度 pC/ms-2傳感器的最大橫向電荷靈敏度系數(shù)越小，傳感器的信噪比就越高，性能也就越好。注意：每只傳感器都要單獨(dú)給出最大橫向電荷靈敏度系數(shù)指標(biāo)。C、幅值頻率特性曲線傳感器的幅值頻率特性曲線也稱為幅頻響應(yīng)曲線，是傳感器在相同幅值、不同頻率振動(dòng)加速度的激勵(lì)下電荷靈敏度的響應(yīng)曲線。示意圖如圖3所示：Hz0.11101001k10k100k01020-1030kdB圖3：幅值頻

17、率特性曲線例如：圖3是某只傳感器的幅值頻率特性曲線。圖中0.1Hz時(shí)幅值衰減到-1dB（-10），隨著頻率逐漸減小幅值也跟著逐漸衰減，0.1Hz稱為傳感器的下限頻率（-1dB），這就是這只傳感器的低頻特性。圖中10kHz時(shí)幅值提高到1dB（10），隨著頻率逐漸增大幅值也跟著逐漸增加，10kHz稱為傳感器的上限頻率（1dB），到30kHz時(shí)幅值達(dá)到最大值，而后幅值迅速衰減，這就是這只傳感器的高頻特性。圖中幅值達(dá)到最大值的頻率（30kHz ）稱為傳感器的機(jī)械諧振頻率。圖中0.1Hz10kHz范圍內(nèi)幅值不隨頻率的變化而變化，所以這只傳感器的可用頻率范圍是：0.1Hz10kHz，稱為傳感器的幅值線性區(qū)

18、。傳感器的一般性規(guī)律：傳感器的上限頻率（10kHz）是傳感器機(jī)械諧振頻率（30kHz ）的1/3。被測(cè)加速度信號(hào)的頻率只有包含在傳感器的幅值線性區(qū)內(nèi)，我們才能得到正確的測(cè)量結(jié)果，否則就不能保證測(cè)量結(jié)果的正確性。所有壓電加速度傳感器的幅值頻率特性曲線的形狀都與圖3相近，但是每只傳感器的上限頻率、下限頻率、機(jī)械諧振頻率、幅值線性區(qū)都不同。幅值線性區(qū)越寬的傳感器，應(yīng)用范圍也越廣。在傳感器的設(shè)計(jì)中，為了增加傳感器的幅值線性區(qū)寬度，就必須改善傳感器的低頻特性和高頻特性。壓電加速度傳感器的低頻特性：影響壓電加速度傳感器低頻特性的主要因素是傳感器的電器特性。壓電晶體受力產(chǎn)生電荷時(shí)，壓電晶體的兩個(gè)表面等效成兩

19、極板電容器CQ，電荷隨時(shí)間的泄漏程度等效成與兩極板電容器并聯(lián)的電阻RQ，傳感器的下限頻率（-3dB）可由下式表示：（4）式中： 傳感器的低頻下限頻率Hz（赫茲） 傳感器的等效電阻 T(1012歐姆) 傳感器的等效電容pF(10-12法拉)從上式中不難看出，為了改善傳感器的低頻特性，應(yīng)該減小fQ，為了減小fQ就必須增大RQ，或增大CQ，或同時(shí)增大RQCQ。傳感器在設(shè)計(jì)完成時(shí)，等效電容CQ就基本確定了，CQ的容量一般在幾十pF到幾千pF之間。但等效電阻RQ因?yàn)樯a(chǎn)工藝的不同有很大差異，傳感器必須經(jīng)過超凈清洗和在超凈環(huán)境中裝配，才能使絕緣阻抗提高，增大等效電阻RQ。壓電加速度傳感器的高頻特性：影響傳

20、感器高頻特性的主要因素是傳感器的機(jī)械特性。當(dāng)傳感器敏感部分的結(jié)構(gòu)材料和安裝工藝一定時(shí)，它的等效剛度K，等效阻尼系數(shù)C，敏感質(zhì)量m，就是一定的。傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以等效為一個(gè)單自由度的欠阻尼受迫振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)微分方程由下式表示：（5）式中：F0 振動(dòng)力作用在敏感質(zhì)量m上的幅值N（牛頓）傳感器的固有圓頻率：（6）傳感器的阻尼比：（7）傳感器的機(jī)械諧振頻率：（8）從圖3的例子中得到：fn30kHz，0.05。不難看出，傳感器在高頻特性中由于阻尼比很小，會(huì)在諧振頻率附近產(chǎn)生機(jī)械共振。由于機(jī)械共振使傳感器的電荷靈敏度也跟著大幅度提高，過了共振頻率點(diǎn)后，電荷靈敏度又將大幅度下降，雖然這一頻段內(nèi)的信噪比明顯提高

21、，但是由于電荷靈敏度與加速度不成線性關(guān)系，信號(hào)無法正常使用。 注意：每只傳感器都要獨(dú)立給出幅值頻率特性曲線。由于標(biāo)定系統(tǒng)的限制，允許傳感器幅值頻率特性曲線從200Hz開始向高頻方向標(biāo)定到傳感器諧振頻率以上，給用戶出據(jù)的幅值頻率特性曲線如圖4所示：Hz-10dB0.11101001k10k100k0102030k圖4 提供給用戶的幅值頻率特性曲線200D、傳感器的相位頻率特性曲線。通俗的講傳感器的相位頻率特性曲線描述了不同頻率的振動(dòng)加速度與傳感器響應(yīng)之間的時(shí)間延遲。在兩只以上傳感器同時(shí)測(cè)量關(guān)聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，相位信息顯得非常重要（如模態(tài)分析等）。傳感器的相位頻率特性曲線示意圖見圖5Hz0.1110100

22、1k10k100k0/2-/230k圖5 相位頻率特性曲線傳感器的相位信息與幅值信息是相聯(lián)系的，是同一個(gè)方程的解，圖3與圖5是對(duì)應(yīng)的。雖然每只傳感器都應(yīng)該獨(dú)立標(biāo)定出相位頻率特性曲線，但由于標(biāo)定系統(tǒng)的限制，一般不給用戶出據(jù)相位頻率特性曲線。當(dāng)用戶在多測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中對(duì)相位信息有要求時(shí)（如要求各點(diǎn)之間相位差要盡量?。话氵x擇傳感器有兩種方法：a、選擇幅值頻率特性曲線（因?yàn)闆]有相位頻率特性曲線）較寬的傳感器，用中頻段特性（相移?。┻M(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。b、選擇同型號(hào)的傳感器進(jìn)行測(cè)量（同型號(hào)的傳感器性能相近，相位差也相近）。如果對(duì)傳感器的相位信息有更嚴(yán)格要求，就要通過國家權(quán)威鑒定部門進(jìn)行傳感器相位頻率特性曲線

23、標(biāo)定。2、內(nèi)裝集成電路傳感器內(nèi)裝集成電路不是簡(jiǎn)單地將電荷放大器放到傳感器內(nèi)，而是與傳感器的個(gè)性化指標(biāo)全面配合，達(dá)到以下效果： a、低頻特性補(bǔ)償，展寬傳感器低頻下限頻率和提高傳感器的低頻穩(wěn)定性。b、高頻特性補(bǔ)償，展寬傳感器高頻上限頻率和提高傳感器的信噪比。c、對(duì)同型號(hào)傳感器做歸一化處理，使傳感器的個(gè)性特征在一定范圍內(nèi)統(tǒng)一起來，增加了傳感器的互換性。d、輸出采用國標(biāo)420mA標(biāo)準(zhǔn)輸出，可與國標(biāo)420mA儀器無縫連接，也可以通過BZ27系列信號(hào)調(diào)理器與各種儀器連接。e、提高抗干擾能力。內(nèi)裝集成電路見圖1所示，除內(nèi)部電源和內(nèi)部基準(zhǔn)外，信號(hào)通道由以下三部分組成：A、Q/V變換單元Q/V變換單元與傳感器電

24、荷信號(hào)相接，將傳感器的電荷信號(hào)Q變換為電壓信號(hào)V，同時(shí)將高輸入阻抗轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗。變換公式由下式表示： （9）式中：C Q/V變換單元的輸入等效電容pF傳感器的電荷靈敏度轉(zhuǎn)換為電壓靈敏度： （10）式中：SV 傳感器的電壓靈敏度 V/ms-2SQ 傳感器的電荷靈敏度 pC/ms-2Q/V單元不但完成了電荷電壓轉(zhuǎn)換，還對(duì)傳感器低頻下限頻率進(jìn)行展寬，同時(shí)減小反饋電阻，穩(wěn)定傳感器低頻特性。圖6是傳感器與Q/V變換單元的等效電路：RsCsRf/KCfKRf/KCfK傳感器等效電阻電容Q/V單元等效電阻電容傳感器和Q/V單元等效電阻電容圖6 傳感器與Q/V單元等效電路圖中：傳感器等效電容，取值范圍:幾

25、十pF幾千pF 傳感器等效電阻，取值范圍: Q/V單元等效輸入電容，取值范圍:1001000pF Q/V單元等效輸入電阻，取值范圍: Q/V單元放大器開環(huán)放大倍數(shù)，取值范圍:從圖6看出由于,所以，電阻并聯(lián)后等效電阻 所以 電容并聯(lián)后等效電容 傳感器與Q/V單元連接后傳感器的低頻特性為:（11）式中：fl 低頻下限頻率（3dB）傳感器與Q/V單元連接后Q/V變換公式為：（12）電壓靈敏度為：（13）顯然傳感器的等效電容和電阻在連接到Q/V單元時(shí)被Q/V單元的等效電容和電阻完全代替。那么只要將Q/V單元的和選擇好，就會(huì)提高傳感器的低頻性能。對(duì)于而言要選擇比較困難，越大，在生產(chǎn)工藝中絕緣問題就越不好

26、解決，低頻穩(wěn)定性也越差，看來不能選擇太大。對(duì)而言選1001000pf是很容易的事，但也不能選擇太大，太大會(huì)降低傳感器的電壓靈敏度。在低頻振動(dòng)加速度測(cè)量中，都是小信號(hào)或微弱信號(hào)，必須用高靈敏度傳感器測(cè)量，隨意降低傳感器的靈敏度來獲得低頻效果是不行的。傳統(tǒng)的內(nèi)裝電路傳感器也好，電荷放大器也好，指標(biāo)只能到此為止。低頻特性指標(biāo)真的到此為止了嗎？經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，由于開環(huán)放大倍數(shù)1則與電壓靈敏度無關(guān)，卻與低頻下限有關(guān)。對(duì)而言，越大越好，這樣使傳感器等效電容和空間分布電容可忽略不計(jì)。對(duì)于而言，越小越好，這樣使/較大，的值就可以適當(dāng)減小了。北戴河蘭德科技有限責(zé)任公司的工程師們用等效阻抗變換技術(shù),將與有關(guān)的變換為

27、,而與有關(guān)的不變.最終傳感器的低頻特性變?yōu)? （15）例如，若選=0.01，則這個(gè)結(jié)果意味著：如果不變，低頻下限頻率可展寬100倍。如果低頻下限不變, 可以減小100倍。如果綜合考慮，即可展寬頻帶還可以減小。靈活地改變和會(huì)使傳感器即展寬了頻帶又使低頻穩(wěn)定性得到明顯提高，這在無內(nèi)裝電路傳感器或簡(jiǎn)單內(nèi)裝電路傳感器中是無法實(shí)現(xiàn)的。需要特別指出的是，一般使用者認(rèn)為頻率響應(yīng)高的傳感器低頻特性不好，這是不一定的，通常頻率響應(yīng)高的傳感器其靈敏度都比較低，在低頻測(cè)量中由于低頻振動(dòng)的加速度都很小，所以測(cè)得信號(hào)太小，信噪比很差，以至于不能使用，誤認(rèn)為傳感器的低頻特性不好。B、V/I變換單元V/I變換單元將電壓信號(hào)

28、變換為電流信號(hào)。變換公式由下式表示： （16）式中：I 電流，mA k V/I變換系數(shù)，kV/I變換單元同時(shí)將傳感器高頻特性進(jìn)行補(bǔ)償，并提高了高頻信號(hào)的信噪比。圖7是高頻特性補(bǔ)償前后幅值頻率特性曲線對(duì)比。Hz-10dB0.11101001k10k100k0102030k圖7 幅值頻率特性曲線高頻補(bǔ)償前后比較20k補(bǔ)償前補(bǔ)償后從圖7中不難看出，補(bǔ)償后的上限頻率從原來的10kHz提高到20kHz以上，這在無內(nèi)裝電路的傳感器或簡(jiǎn)單內(nèi)裝電路傳感器中是無法實(shí)現(xiàn)的。C、電流放大單元電流放大單元將V/I單元輸出的電流進(jìn)一步放大，同時(shí)設(shè)置直流零點(diǎn)，完成信號(hào)變換的最后過程。傳感器組成系統(tǒng)后的供電電壓范圍是183

29、0VDC，典型值是24VDC。傳感器的電流由電流輸入端流入，經(jīng)過傳感器內(nèi)部電路，再由電流輸出端流出，流入與流出的電流相等。電流分配原則是：4mA恒定電流為傳感器內(nèi)裝集成電路提供能量，420mA電流為信號(hào)輸出。傳感器與后續(xù)儀器連接后供電電壓的分配原則是：傳感器兩端電壓降小于8V，250取樣電阻的電壓降為5V，信號(hào)調(diào)理器（如果使用信號(hào)調(diào)理器）的電壓降為5V，剩余電壓用于驅(qū)動(dòng)環(huán)路電阻（包括電纜電阻、接線電阻等）。例如：供電電壓為24V，則剩余電壓是6V，用20mA的驅(qū)動(dòng)電流可以驅(qū)動(dòng)300的環(huán)路電阻，假如電纜電阻是60/km，可接雙線電纜2500米長(zhǎng)，信號(hào)不會(huì)衰減。為什么要把傳感器的輸出設(shè)計(jì)成電流輸出

30、呢？因?yàn)殡娏鬏敵龅膬?yōu)點(diǎn)很多：與電荷輸出型傳感器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是組成系統(tǒng)后傳感器的輸出阻抗減小了幾百萬倍，抗干擾能力大大增強(qiáng)；與電壓輸出型傳感器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是組成系統(tǒng)后傳感器可以接幾千米的長(zhǎng)電纜，在剩余電壓夠用的前提下，電纜電阻和接線電阻不會(huì)造成信號(hào)衰減，電纜電阻和接線電阻隨溫度等環(huán)境因素的變化也不會(huì)對(duì)信號(hào)造成任何影響。BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器將振動(dòng)加速度最終轉(zhuǎn)換為二線制420mA電流信號(hào)輸出。電流靈敏度由下式表示：（17）式中：SI 傳感器的電流靈敏度A/ms-2 I 傳感器的輸出電流A a 傳感器的振動(dòng)加速度ms-2振動(dòng)加速度與內(nèi)裝集成電路傳感器電流輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系有三個(gè)

31、特點(diǎn)：a、無振動(dòng)加速度時(shí)，傳感器輸出12mA直流電流信號(hào)。b、振動(dòng)加速度從零瞬時(shí)向上時(shí)（傳感器安裝方向見圖2），傳感器輸出電流信號(hào)大于12mA。c、振動(dòng)加速度從零瞬時(shí)向下時(shí)，傳感器輸出電流信號(hào)小于12mA。振動(dòng)加速度與內(nèi)裝集成電路傳感器電流輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖8的例子。圖8 振動(dòng)加速度與內(nèi)裝集成電路傳感器電流輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系t/23/42傳感器靈敏度：1000A/ms-2，傳感器量程：8ms-20-880ms-2t12420mA振動(dòng)加速度曲線傳感器輸出曲線圖8中的內(nèi)裝集成電路傳感器型號(hào)是BZ1188，靈敏度1000A/ms-2，量程8 ms-2。這個(gè)例子可以推廣到其它型號(hào)的內(nèi)裝集成電路傳感器中，傳

32、感器靈敏度越低，它的量程就越大，例如BZ1182傳感器，它的靈敏度是10A/ms-2，量程達(dá)到800ms-2。內(nèi)裝電路傳感器的量程（也稱為滿量程）是指?jìng)鞲衅髟诰€性測(cè)量范圍內(nèi)能測(cè)到的瞬時(shí)最大加速度值。圖8中在t/2時(shí)傳感器測(cè)到8 ms-2的加速度，輸出20 mA電流信號(hào)，或在t3/4時(shí)傳感器測(cè)到8 ms-2的加速度，輸出4 mA電流信號(hào)，傳感器的量程就是8 ms-2。請(qǐng)用戶注意：傳感器的量程就是傳感器的測(cè)量范圍。以圖8為例，傳感器的測(cè)量范圍是88 ms-2，也就是說，傳感器測(cè)量向上的加速度可以測(cè)到8 ms-2，傳感器測(cè)量向下的加速度也可以測(cè)到8 ms-2，所以傳感器的量程應(yīng)該是8 ms-2。但是

33、，在傳感器標(biāo)定時(shí)，傳感器量程的讀數(shù)最大是8/ ms-2，約5.6 ms-2，不是8 ms-2。原因很簡(jiǎn)單，標(biāo)定臺(tái)給傳感器的激勵(lì)信號(hào)是正弦信號(hào)，傳感器的輸出信號(hào)用交流有效值表讀數(shù)，當(dāng)給傳感器的激勵(lì)信號(hào)最大值達(dá)到8 ms-2時(shí)，交流有效值表讀數(shù)是5.6 ms-2，這個(gè)值是正弦信號(hào)的有效值。如果用數(shù)據(jù)采集儀讀數(shù)時(shí)，就會(huì)讀到某時(shí)刻傳感器輸出最大值8 ms-2，這個(gè)值是正弦信號(hào)的單峰值。3、綜合性能BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器特點(diǎn)如下：A、高頻響應(yīng)范圍寬，增益帶寬積比普通傳感器提高2倍以上，同時(shí)提高了高頻信噪比，更適合寬頻帶測(cè)量。B、低頻特性明顯改善，應(yīng)該說是突破性改善，更適合低頻高靈敏度測(cè)

34、量。目前，由于國家權(quán)威鑒定部門對(duì)振動(dòng)加速度傳感器低頻特性的標(biāo)定最低到0.1Hz，所以內(nèi)裝電路傳感器的下限頻率只能給到0.1Hz。實(shí)際上，我們用重力旋轉(zhuǎn)方法可以直接測(cè)出傳感器在0.1Hz以下的低頻特性。用激勵(lì)衰減方法可以測(cè)出與低頻下限頻率相關(guān)的時(shí)間常數(shù)，也可以間接測(cè)出傳感器在0.1Hz以下的低頻特性。經(jīng)過我們的實(shí)驗(yàn)，靈敏度在100A/ms-2以上的內(nèi)裝電路傳感器在0.1Hz以下的低頻特性都很好。C、420mA電流輸出，符合國標(biāo)420mA電流型儀表的使用要求，可以與其無縫連接。配用BZ27系列信號(hào)調(diào)理器，可與更多儀器設(shè)備連接，將在下面的傳感器使用方法中進(jìn)一步描述。420mA電流輸出噪聲小、抗干擾能

35、力強(qiáng)，更適合遠(yuǎn)距離測(cè)量；D、內(nèi)部基準(zhǔn)補(bǔ)償，使時(shí)間和溫度穩(wěn)定性得到改善，更適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；E、歸一化輸出，不用單獨(dú)設(shè)置靈敏度，互換性好，更適合多點(diǎn)集群式測(cè)量；F、過載能力強(qiáng)，一般能達(dá)到傳感器量程的510倍以上，這個(gè)特點(diǎn)比應(yīng)變式加速度傳感器、電磁式微分加速度傳感器等要好很多，尤其對(duì)振動(dòng)加速度幅值范圍估計(jì)不太準(zhǔn)確時(shí)，可以放心使用，不會(huì)損壞傳感器。部分型號(hào)傳感器可以防塵、防潮、防腐蝕，適用于惡劣環(huán)境。G、利用傳感器的輸出特性，可以對(duì)傳感器進(jìn)行自檢，更適合高可靠性測(cè)量。在使用普通傳感器時(shí)，傳感器與電纜的連接、電纜與電荷放大器的連接是否正確可靠，電荷放大器與后續(xù)儀器都無法知道。通俗地說，傳感器接好沒接好，電

36、荷放大器與后續(xù)儀器都沒有反應(yīng)。在科研與工程測(cè)量中，一般都使用多只傳感器進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，檢查傳感器的安裝與接線的工作量很大，反復(fù)仔細(xì)檢查還可能有疏忽和遺漏，甚至造成某些測(cè)點(diǎn)信號(hào)丟失。在不可重復(fù)的大型試驗(yàn)中（如航天器的發(fā)射、大型工程爆破等）信號(hào)丟失會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。BZ11系列內(nèi)裝電路傳感器輸出特性是：無振動(dòng)加速度時(shí)，傳感器輸出12mA直流電流信號(hào)，有振動(dòng)加速度時(shí)，傳感器最小輸出4mA電流，最大輸出20mA電流。根據(jù)這些特性，就能正確判斷傳感器及電纜連接的故障。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)組成后進(jìn)行通電檢查時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)以下情況可以幫助使用者做出正確的判斷。a、傳感器電流輸出為零時(shí)，說明傳感器電纜斷線，也許傳感器內(nèi)部

37、損壞。b、傳感器電流輸出大于20mA時(shí)，說明傳感器電纜短路，也許傳感器內(nèi)部損壞。c、傳感器電流輸出直流零點(diǎn)不在12mA附近時(shí)，說明傳感器指標(biāo)變差或內(nèi)部損壞。系統(tǒng)在正常工作時(shí)也可以實(shí)時(shí)進(jìn)行故障自檢，瞬間出現(xiàn)信號(hào)大于20mA說明傳感器超量程，長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)上述情況，按a、b、c規(guī)則判斷故障。以上信息也可以用軟件存入測(cè)量系統(tǒng)中，讓計(jì)算機(jī)幫助檢查傳感器故障，確保萬無一失。BZ27系列信號(hào)調(diào)理器也具有傳感器正確連接指示。H、兩線制接線，不怕地電流干擾，對(duì)電纜電器特性無嚴(yán)格限制，使用方便。傳感器的全部接線只有2條，電流輸入線和電流輸出線。用一條單芯屏蔽電纜，電流輸入線接芯線，電流輸出線接屏蔽皮并與傳感器殼體相

38、連。通過這兩條線既能給傳感器提供能量，又能輸出振動(dòng)加速度信號(hào)。不需要普通傳感器使用的低噪聲電纜。I、與積分型信號(hào)調(diào)理器組合后，可組成速度傳感器系列和位移傳感器系列。積分型信號(hào)調(diào)理器有6條一次積分曲線和6條二次積分曲線，對(duì)每一只加速度傳感器來說有可能組成6種速度傳感器和6種位移傳感器。積分型信號(hào)調(diào)理器還有4檔增益：1、2、4、8倍，利用增益檔可以提高加速度、速度、位移傳感器的靈敏度。這是一個(gè)非常龐大的靈活的系列組合，選用一只加速度傳感器和一個(gè)積分型信號(hào)調(diào)理器相當(dāng)于擁有了若干只加速度、速度、位移傳感器，會(huì)給振動(dòng)測(cè)量帶來極大的方便。主要技術(shù)指標(biāo)BZ11系列內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)（見

39、附表一）。使 用 方 法內(nèi)裝電路傳感器的正確使用，可以使用戶用最低的使用成本，達(dá)到最好的測(cè)量效果和最高的工作效率。1、傳感器的選型BZ11系列內(nèi)裝電路傳感器的型號(hào)很多，用戶要對(duì)自己測(cè)量的參數(shù)進(jìn)行數(shù)值估計(jì)，選擇參數(shù)合適的傳感器型號(hào)使用。一般選型步驟如下：A、根據(jù)使用環(huán)境和用途選擇專用型或通用型。專用型參考傳感器訂貨信息列表中標(biāo)注的內(nèi)容：a、選擇出線方式，如頂端M5插座出線或側(cè)端3電纜出線等；b、選擇安裝方式，三角法蘭或M5螺孔安裝；c、選擇用途，是否長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；d、對(duì)地絕緣；e、是否密封。B、根據(jù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)方向性的要求選擇單軸向、雙軸向或三軸向傳感器。如果只測(cè)量一個(gè)方向的振動(dòng)，就選擇單軸向傳感器；

40、如果測(cè)量某一個(gè)平面內(nèi)各個(gè)方向的振動(dòng)，甚至測(cè)量這個(gè)平面內(nèi)振動(dòng)方向隨時(shí)間變化的信息，就選擇雙軸向傳感器；如果測(cè)量空間內(nèi)各個(gè)方向的振動(dòng)，甚至測(cè)量振動(dòng)方向隨時(shí)間變化的信息，就選擇三軸向傳感器。C、根據(jù)被測(cè)加速度的頻率范圍選擇傳感器的頻率特性。這個(gè)指標(biāo)很重要，如果傳感器的頻率響應(yīng)范圍達(dá)不到要求，傳感器的輸出信號(hào)無規(guī)律可尋。有些用戶對(duì)這個(gè)指標(biāo)的量值估計(jì)不足，喜歡高頻響應(yīng)范圍寬一些，如果被測(cè)信號(hào)的頻率沒那么高，反而增加了高頻噪聲。怎樣正確選擇傳感器頻率響應(yīng)范圍，一是看被測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)，例如地震、大型橋梁、大型鋼結(jié)構(gòu)機(jī)械振動(dòng)等，振動(dòng)頻率在零點(diǎn)零幾至幾十赫茲，旋轉(zhuǎn)機(jī)械、汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)風(fēng)機(jī)等，振動(dòng)頻率在幾

41、至幾千赫茲，爆破、沖擊等，振動(dòng)頻率在幾十至幾萬赫茲。二是看測(cè)量者關(guān)心的信號(hào)頻率特征和信號(hào)分析方法，例如關(guān)心旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要振動(dòng)能量及振動(dòng)破壞程度，測(cè)量頻率范圍應(yīng)該選擇10Hz1000Hz。D、根據(jù)被測(cè)物體加速度的幅值選擇傳感器的靈敏度和量程。量程的選擇可以適當(dāng)放寬，防止傳感器由于信號(hào)過強(qiáng)而超出測(cè)量范圍。傳感器的靈敏度和頻率范圍存在一般規(guī)律：傳感器的頻率響應(yīng)越高，靈敏度越低。反之，傳感器的靈敏度越高，頻率響應(yīng)越低。物體振動(dòng)加速度的一般規(guī)律是：振動(dòng)加速度幅值越大，振動(dòng)頻率越高。反之，振動(dòng)頻率越低，振動(dòng)加速度幅值越小。所以，在爆破、沖擊等高頻測(cè)量中，選擇頻率響應(yīng)高（高頻上限高）、靈敏度低、量程范圍大的

42、傳感器；在地震、大型橋梁等低頻測(cè)量中，選擇頻率響應(yīng)低（低頻下限低）、靈敏度高、量程范圍小的傳感器；在旋轉(zhuǎn)機(jī)械等中頻測(cè)量中，選擇傳感器的范圍較寬，部分傳感器可以兼顧使用。E、傳感器重量的選擇原則是：振動(dòng)物體在安裝傳感器后，增加的附加質(zhì)量對(duì)振動(dòng)信號(hào)的影響可以忽略不計(jì)。也就是說，測(cè)量質(zhì)量較小物體的振動(dòng)時(shí)，要選擇重量較輕的傳感器。傳感器的重量與靈敏度的一般規(guī)律：傳感器的靈敏度越高，重量越重。F、傳感器外形尺寸和出線方式應(yīng)符合傳感器安裝位置和安裝空間的要求。2、傳感器的安裝傳感器安裝的基本原則是將傳感器牢固地安裝在被測(cè)點(diǎn)上，防止傳感器因?yàn)檎駝?dòng)太大而跳動(dòng)或脫落。傳感器的安裝力要大于振動(dòng)加速度作用在傳感器（

43、包括與傳感器一起運(yùn)動(dòng)的附加質(zhì)量）上產(chǎn)生的力。安裝力與被測(cè)加速度之間關(guān)系由下式表示：（18）式中：F 傳感器的安裝力N m 傳感器的質(zhì)量kg m1 傳感器的附加質(zhì)量（如磁力安裝座、插頭和部分電纜等）kg a 被測(cè)振動(dòng)加速度峰值ms-2 g 重力加速度值（北京地區(qū)9.81）ms-2上式表述了傳感器在三種安裝位置時(shí)安裝力與被測(cè)加速度之間關(guān)系：a、傳感器水平安裝在被測(cè)物體上方時(shí)，向量公式簡(jiǎn)化為標(biāo)量公式，公式中g(shù)前面的符號(hào)取負(fù)號(hào)，表示當(dāng) ag時(shí)傳感器安裝力大于加速度產(chǎn)生的力與重力的差值即可；b、傳感器水平安裝在被測(cè)物體下方時(shí)，向量公式簡(jiǎn)化為標(biāo)量公式，公式中g(shù)前面的符號(hào)取正號(hào)，表示傳感器安裝力要大于加速度

44、產(chǎn)生的力與重力的和；c、傳感器垂直安裝在被測(cè)物體側(cè)面時(shí)，公式中g(shù)前面的符號(hào)取正號(hào)，表示傳感器安裝力大于加速度產(chǎn)生的力與重力的向量和。傳感器的安裝方法主要有四種：A、用螺栓安裝。傳感器的安裝底座有兩種形式，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)用傳感器底座為三角法蘭式，有三個(gè)安裝孔，通用傳感器底座中心有一個(gè)螺紋安裝孔。BZ11系列內(nèi)裝電路傳感器提供金屬安裝螺栓，用螺栓連接傳感器和被測(cè)物體是最常用的方法，建議采用的安裝力矩為1520kgfcm。傳感器的安裝尺寸見附圖一。B、用磁力安裝座安裝。被測(cè)物體的被測(cè)點(diǎn)為導(dǎo)磁材料時(shí)（如鋼結(jié)構(gòu)件等），可選用磁力安裝座安裝傳感器。磁力安裝座的主要指標(biāo)是垂直吸力F（N牛頓），規(guī)格有60N、200

45、N等。選擇磁力安裝座的原則要依據(jù)公式18。磁力安裝座的吸力就是傳感器的安裝力（F），磁力安裝座的質(zhì)量就是傳感器附加質(zhì)量（m1）。例如：已知傳感器的質(zhì)量為0.1kg，磁力安裝座的質(zhì)量為0.1kg，吸力為60N，求：可測(cè)加速度a的峰值？解：1、傳感器水平安裝在被測(cè)物體上方時(shí)，a309.8 ms-2 2、傳感器水平安裝在被測(cè)物體下方時(shí)，a290.2 ms-2 3、傳感器垂直安裝在被測(cè)物體側(cè)面時(shí)，a299.8 ms-2磁力安裝座還有一個(gè)特點(diǎn)，磁力安裝座和傳感器接觸的部分與磁力安裝座和被測(cè)物體接觸的部分互相絕緣。傳感器通過磁力安裝座安裝，就會(huì)與被測(cè)物體絕緣，這在一些測(cè)量中是很重要的。C、用膠粘的方法安裝

46、。采用膠粘的方法安裝主要原因是被測(cè)物體既不導(dǎo)磁也不能鉆孔攻絲。要求選用粘接強(qiáng)度大的膠，按粘接工藝清洗粘接表面，粘接面要平整，粘接力與被測(cè)加速度的大小也要依據(jù)公式18。粘接力就是傳感器的安裝力（F）。D、利用重力安裝。傳感器水平安裝在被測(cè)物體上方時(shí)，且被測(cè)加速度a小于重力加速度g時(shí)，傳感器可以利用重力直接放在被測(cè)物體上，不需要其它安裝就可以正常測(cè)量。例如微弱地震的測(cè)量、大型橋梁的振動(dòng)測(cè)量等。3、傳感器的接線方法輸出420mA電流信號(hào)的傳感器和變送器在工業(yè)儀表中得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)。在內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器制造中，輸出420mA電流信號(hào)的傳感器還很少見，有的用戶對(duì)這種輸出方式不

47、太習(xí)慣，在使用上容易出現(xiàn)一些問題，尤其是傳感器與后續(xù)儀器如何連接和使用是非常重要的。輸出420mA電流信號(hào)的傳感器對(duì)于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和抗干擾能力都具有明顯優(yōu)勢(shì)，當(dāng)電流信號(hào)完成了上述任務(wù)后，還要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送后續(xù)儀器使用。電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的基本方法是在電流環(huán)路中串入取樣電阻，根據(jù)歐姆定律，環(huán)路電流值乘以取樣電阻值等于取樣電阻兩端的電壓值，這就完成了電流電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換。取樣電阻串在傳感器的電流輸出端還是電流輸入端，就形成了兩種取樣方法，從而就形成了兩種接線方法：傳感器浮地接線和傳感器共地接線。任何電流型傳感器和儀器的具體接線都離不開這兩種方法。傳感器浮地接線原理見圖9（A），它

48、的特點(diǎn)是取樣電阻串在傳感器的電流輸出端，供電電源的地與傳感器的外殼及屏蔽線的屏蔽皮不共地。如果供電電源地與被測(cè)物體連接而被測(cè)物體導(dǎo)電時(shí)，傳感器的安裝必須與被測(cè)物體絕緣，否則不能正常使用。如果用多只傳感器進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，被測(cè)物體互相導(dǎo)電時(shí)，每只傳感器的安裝都必須與被測(cè)物體絕緣，否則不能正常使用。請(qǐng)用戶注意。傳感器共地接線原理見圖9（B），它的特點(diǎn)是取樣電阻串在傳感器的電流輸入端，供電電源的地與傳感器的外殼及屏蔽線的屏蔽皮共地，同時(shí)也與后續(xù)測(cè)量?jī)x器的地共地。在這個(gè)系統(tǒng)中傳感器安裝不需要絕緣，多只傳感器進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)不需要絕緣安裝，使用非常方便。1830VDC圖9：傳感器浮地式（A）、共地式（B）原理

49、接線框圖內(nèi)裝集成電路傳感器電壓輸出電源（輸出）地（B）取樣電阻1830VDC內(nèi)裝集成電路傳感器電壓輸出電源（輸出）地（A）取樣電阻為了滿足用戶的要求，我們專門為內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理器，將420mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為不同等級(jí)的電壓信號(hào)。關(guān)于信號(hào)調(diào)理器的詳細(xì)情況見附錄一。下面介紹傳感器的幾種具體接線方法：A、 傳感器與帶420mA接口儀器或數(shù)據(jù)采集器的接線方法目前帶420mA接口的儀器或數(shù)據(jù)采集器的品種越來越多，使用非常方便。這種儀器主要有三種接口。傳感器浮地接法（取樣電阻在儀器內(nèi)部與傳感器電流輸出端相連）的儀器有兩種，一種是儀器內(nèi)部自帶24V直流電源，可以直接為傳感器提供能量，

50、這種儀器較多；另一種是儀器內(nèi)部不帶24V直流電源，需要外接電源。傳感器與儀器的接線方法見圖10。傳感器共地接法的儀器有一種，內(nèi)部自帶24V直流電源，取樣電阻在儀器內(nèi)部與傳感器電流輸入端相連，傳感器的外殼及屏蔽線的屏蔽皮與儀器地共地。傳感器與儀器的接線方法參考圖9（B），供電電壓為24V。帶420mA接口的儀器（或數(shù)據(jù)采集器）24VDC內(nèi)裝集成電路傳感器I/V轉(zhuǎn)換（15V）儀器地帶420mA接口的儀器（或數(shù)據(jù)采集器）取樣電阻250圖10：傳感器與帶420mA接口儀器的接線框圖（傳感器浮地）420mA輸入外接1830VDC取樣電阻250內(nèi)裝集成電路傳感器儀器地420mA輸入外接電源地I/V轉(zhuǎn)換（1

51、5V）B、 傳感器與帶電壓輸入接口儀器或數(shù)據(jù)采集器的接線方法通常使用的電壓放大器或數(shù)據(jù)采集器都是電壓輸入接口，為了使這些儀器能與內(nèi)裝集成電路壓電加速度傳感器正確連接和使用，在圖11中給出了它們的接線圖。圖中需要一個(gè)外接電源1830VDC，為傳感器提供能量，要求電源電壓穩(wěn)定，還需要一個(gè)250的電阻，用這個(gè)電阻將420mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為15V的電壓信號(hào)，要求電阻精度高，穩(wěn)定性好。從電阻兩端取出的電壓接入儀器或數(shù)據(jù)采集器的電壓輸入端。為了保證測(cè)量精度，還要注意儀器或數(shù)據(jù)采集器的輸入阻抗。從儀器輸入端向傳感器方向看，傳感器的輸出電阻是250。當(dāng)儀器的測(cè)量精度達(dá)到1時(shí)，儀器的輸入阻抗至少是25k。近年

52、來生產(chǎn)的儀器大多數(shù)輸入阻抗達(dá)到100k以上，它的測(cè)量精度能達(dá)到0.25以上。C、 傳感器與信號(hào)調(diào)理器和儀器或數(shù)據(jù)采集器的接線方法外接電源1830VDC內(nèi)裝集成電路傳感器I/V轉(zhuǎn)換（15V）外接電源地帶電壓輸入接口的儀器（或數(shù)據(jù)采集器）取樣電阻250圖11：傳感器與帶電壓輸入接口儀器的接線框圖（傳感器浮地）420mA輸入儀器地為了滿足用戶的要求，我們專門為內(nèi)裝電路傳感器設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理器。有了信號(hào)調(diào)理器的幫助，用戶就可以方便地將內(nèi)裝電路傳感器與電壓輸入接口的儀器或數(shù)據(jù)采集器連接在一起，達(dá)到測(cè)量的目的。信號(hào)調(diào)理器分為兩種：浮地式信號(hào)調(diào)理器和共地式信號(hào)調(diào)理器。傳感器與浮地式信號(hào)調(diào)理器和儀器或數(shù)據(jù)采集器的接線方法見圖12。帶電壓輸入接口的儀器（或數(shù)據(jù)采集器）外接1830VDC內(nèi)裝集成電路傳感器輸出1（15V）或輸出2（22V）外接電源（調(diào)理器）地傳感器信號(hào)調(diào)理器（浮地式）圖12：傳感器與浮地式信號(hào)調(diào)理器和儀器的接線框圖420mA輸入浮地式信號(hào)調(diào)理器電壓輸出1的輸出阻抗是250，所以當(dāng)儀器的測(cè)量精度達(dá)到1時(shí)，儀器的輸入阻抗至少是25k。儀器的輸入阻抗達(dá)到100k以上時(shí)，它的測(cè)量精度能達(dá)到0.25以上。浮地式信號(hào)調(diào)理器電壓輸出2的輸出阻抗與信號(hào)頻率有關(guān)，信號(hào)