壓電加速度計(jì)

1、壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì) 現(xiàn)代工業(yè)和自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，動(dòng)態(tài)測(cè)試中振動(dòng)和沖擊的精確測(cè)量很重要。常用壓電加速度傳感器來獲取沖擊和振動(dòng)信號(hào)。采用壓電式加速度傳感器振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和應(yīng)用推廣價(jià)值，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作原理工作原理 如果加速度傳感器的固有頻率是n，為了使加速度傳感器正常工作，被測(cè)振動(dòng)的頻率應(yīng)該遠(yuǎn)低于加速度傳感器的固有頻率，即 n。由于輸入和慣性質(zhì)量塊與基座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(cè)振動(dòng)加速度成比例的電荷。這就是壓

2、電式加速度傳感器的工作原理。質(zhì) 量 塊壓 電元 件支 座輸 出引 線 壓電加速度傳感器原理圖 壓電加速度傳感器的靈敏度壓電加速度傳感器的靈敏度 壓電加速度計(jì)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(jì)輸出電壓（mV）與所承受加速度之比；后者是加速度計(jì)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(dòng)測(cè)量中往往用標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(biāo)出。 對(duì)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

3、多而增大。一般來說，加速度計(jì)尺寸越大 ，其固有頻率越低。因此選用加速度計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量的影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。 壓電晶體加速度計(jì)的橫向靈敏度表示它對(duì)橫向（垂直于加速度計(jì)軸線）振動(dòng)的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計(jì)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(diǎn)標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個(gè)優(yōu)良的加速度計(jì)的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3%。因此，壓電式加速度計(jì)在測(cè)試時(shí)具有明顯的方向性。頻率特性頻率特性 加速度計(jì)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(jì)，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

4、（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(jì)的固定狀況有關(guān)，加速度計(jì)出廠時(shí)給出的幅頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。實(shí)際使用的固定方法往往難于達(dá)到剛性連接，因而共振頻率和使用上限頻率都會(huì)有所下降。 加速度傳感器的安裝方法加速度傳感器的安裝方法 某種典型的加速度計(jì)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 壓電加速度傳感器的前置放大器壓電加速度傳感器的前置放大器 壓電元件受力后產(chǎn)生的電荷量極其微弱，這電荷使壓電元件邊界和接在邊

5、界上的導(dǎo)體充電 到電壓U=q/Ca（這里Ca是加速度計(jì)的內(nèi)電容）。要測(cè)定這樣微弱的電荷（或電壓）的關(guān)鍵是防止導(dǎo)線、測(cè)量電路和加速度計(jì)本身的電荷泄漏。換句話講，壓電加速度計(jì)所用的前置放大器應(yīng)具有極高的輸 入阻抗，把泄漏減少到測(cè)量準(zhǔn)確度所要求的限度以內(nèi)。 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(jiǎn)單，但輸出受連接電纜對(duì)地電容的影響，適用于一般振動(dòng)測(cè)量。電荷放大器以電容作負(fù)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)量的元、器件，輸入阻抗高，但價(jià)格也比較貴。 從壓電式傳感器的力學(xué)模型看，它具有“低通”特性，原可測(cè)量極低頻的振動(dòng)。但實(shí)際上由于低頻尤其小振幅振動(dòng)時(shí)，加速度 值小，傳感器的靈敏度有限，因此輸出的信號(hào)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(cè)振動(dòng)速度和位 移）、器件的噪聲都是不可避免的，所以實(shí)際低頻端也出現(xiàn)“截止頻率”，約為0.11Hz左右。 微電子技術(shù)的發(fā)展，已提供了體積很小、