壓電加速度計課件

壓電式加速度計壓電式加速度計現代工業(yè)和自動化生產過程中，動態(tài)測試中振動和沖擊的精確測量很重要。常用壓電加速度傳感器來獲取沖擊和振動信號。采用壓電式加速度傳感器振動測試系統(tǒng)具有較高的準確性和應用推廣價值，并具有結構簡單，成本低，性能穩(wěn)定等優(yōu)點?，F代工業(yè)和自動化生產過程中，動態(tài)測試中振動和2壓電加速度計的結構設計3工作原理

如果加速度傳感器的固有頻率是ωn，為了使加速度傳感器正常工作，被測振動的頻率ω應該遠低于加速度傳感器的固有頻率，即ω＜＜

ωn。由于輸入和慣性質量塊與基座之間的相對運動z01成比例，加速度傳感器的壓電元件片受到交變壓力后z01將和加速度成正比。所以加速度傳感器就能輸出與被測振動加速度成比例的電荷。這就是壓電式加速度傳感器的工作原理。工作原理如果加速度傳感器的固有頻率4壓電加速度傳感器原理圖壓電加速度傳感器原理圖.c5壓電加速度傳感器的靈敏度

壓電加速度計屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計輸出電壓（mV）與所承受加速度之比；后者是加速度計輸出電荷與所承受加速度之比。加速度單位為m/s2，但在振動測量中往往用標準重力加速度g作單位，1g=9.80665m/s2。這是一種已為大家所接受的表示方式，幾乎所有測振儀器都用g作為加速度單位并在儀器的板面上和說明書中標出。對給定的壓電材料而言，靈敏度隨質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當權衡靈敏度和結構尺寸、附加質量的影響和頻率響應特性之間的利弊。壓電加速度傳感器的靈敏度壓電加速度6壓電晶體加速度計的橫向靈敏度表示它對橫向（垂直于加速度計軸線）振動的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點標出最小橫向靈敏度方向，一個優(yōu)良的加速度計的橫向靈敏度應小于主靈敏度的3%。因此，壓電式加速度計在測試時具有明顯的方向性。壓電晶體加速度計的橫向靈敏度表示它對橫7頻率特性加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率

一般小阻尼(z<=0.1)的加速度計，上限頻率若取為共振頻率的1/3，便可保證幅值誤差低于1dB（即12%）；若取為共振頻率的1/5，則可保證幅值誤差小于0.5dB（即6%），相移小于3°。但共振頻率與加速度計的固定狀況有關，加速度計出廠時給出的幅頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。實際使用的固定方法往往難于達到剛性連接，因而共振頻率和使用上限頻率都會有所下降。頻率特性加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率8加速度傳感器的安裝方法加速度傳感器的安裝方法9某種典型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7kHz某種典型的加速度計采用上述各種固定方法的共振10壓電加速度傳感器的前置放大器壓電元件受力后產生的電荷量極其微弱，這電荷使壓電元件邊界和接在邊界上的導體充電到電壓U=q/Ca（這里Ca是加速度計的內電容）。要測定這樣微弱的電荷（或電壓）的關鍵是防止導線、測量電路和加速度計本身的電荷泄漏。換句話講，壓電加速度計所用的前置放大器應具有極高的輸入阻抗，把泄漏減少到測量準確度所要求的限度以內。壓電加速度傳感器的前置放大器壓電元件11

壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大器和電荷放大器。所用電壓放大器就是高輸入阻抗的比例放大器。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，通常用高質量的元、器件，輸入阻抗高，但價格也比較貴。從壓電式傳感器的力學模型看，它具有“低通”特性，原可測量極低頻的振動。但實際上由于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（用于測振動速度和位移）、器件的噪聲都是不可避免的，所以實際低頻端也出現“截止頻率”，約為0.1～1Hz左右。壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大12

微電子技術的發(fā)展，已提供了體積很小、能裝在壓電式加速度傳感器殼內的集成放大器，由它來完成阻抗變換的功能。這類內裝集成放大器的加速度傳感器可使用