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壓電式加速度傳感器原理

壓電式加速度傳感器，又稱壓電加速度計，它是利用壓電材料的壓電效應工作的，所謂壓電效應，是指某些電介質，當它在一定方向上受到機械外力作用而變形時，其內部就會發生電極化，從而導致電介質的兩相對表面上出現大小相等、符號相反的電荷。  

當外力方向改變時，電荷的極性也跟著其電荷量的大小與外力成正比。當外力去掉后，電介質又恢復不帶電狀態，這種現象稱為正壓電效應反過來，當在電介質的極化方向上外加電場時，它就會產生變形，這種現象稱為逆壓電效應，壓電加速度計是利用正壓電效應工作的。

具有壓電效應的電介質稱為壓電材料，在自然界中，具有壓電效應的物質很多，但大多數共效應很微弱，只有少數如石英晶體、壓電陶瓷等才有較強的壓電效應。

壓電式加速度傳感器技術參數

工作溫度　-196～+200℃

測量范圍　0.001～800MPa

重復性　0.5～1%FS

靈敏度　0.2～1000PC/MPa

非線性　0.3～1%FS 遲滯　1%FS

固有頻率　75～500kHz

溫度漂移　0.02～0.5%FS/℃

加速度靈敏度　0.01～100MPa/g

靈敏度溫度系數　0.02～0.5%/℃   

壓電式加速度傳感器的選擇方法 

一、靈敏度的選擇  

制造商在產品介紹或說明書中一般都給出傳感器的靈敏度和參考量程范圍，目的是讓用戶在選擇不同靈敏度的加速度傳感器時能方便地選出合適的產品，最小加速度測量值也稱最小分辨率，考慮到后級放大電路噪聲問題，應盡量遠離最小可用值，以確保最佳信噪比。最大測量極限要考慮加速度傳感器自身的非線性影響和后續儀器的最大輸出電壓。  

估算方法：最大被測加速度×傳感器電荷（電壓）靈敏度，其數值是否超過配套儀器的最大輸入電荷（電壓）值。建議如已知被測加速度范圍可在傳感器指標中的“參考量程范圍”中選擇（兼顧頻響、重量），同時，在頻響、質量允許的情況下，盡量選擇高靈敏度的傳感器，以提高后續儀器輸入信號，提高信噪比。在兼顧頻響、質量的同時，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：以電荷輸出型壓電加速度傳感器為例：  

1. 土木工程和超大型機械結構的振動在0.1g-10g（1g=9.81m/s2）左右，可選電荷靈敏度在300pC/ms-2～30pC/ms-2的壓電加速度傳感器，屬于電荷輸出型壓電加速度傳感器。  

2. 特殊的土木結構（如樁基）和機械設備的振動在100ms-2～1000ms-2，可選擇20pC/ms-2～2pC/ms-2的加速度傳感器。  

3. 沖擊，碰撞測量量程一般10000ms-2～1000000ms-2，可選則傳感器靈敏度是0.2pC/ms-2～0.002pC/ms-2的加速度傳感器。  

二、頻率選擇  

制造商給出的加速度傳感器的頻響曲線是用螺釘剛性連接安裝的。  

一般將曲線分成二段：諧振頻率和使用頻率。使用頻率是按靈敏度偏差給出的，有±10%、±5%、±3dB。諧振頻率一般是避開不用的，但也有特例，如軸承故障檢測。選擇加速度傳感器的頻率范圍應高于被測試件的振動頻率。有倍頻分析要求的加速度傳感器頻率響應應更高。土木工程一般是低頻振動，加速度傳感器頻率響應范圍可選擇0.2Hz～1kHz，機械設備一般是中頻段，可根據設備轉速、設備剛度等因素綜合估算振動頻率，選擇0.5Hz～5kHz的加速度傳感器。如發電機轉速在3000rms時，除以60s此時它的主頻率為50Hz。碰撞、沖擊測量高頻居多。  

加速度傳感器的安裝方式不同也會改變使用頻響（對振動值影響不大）。  

安裝面要平整、光潔，安裝選擇應根據方便、安全的原則。我們給出同一只RC6500S加速度傳感器不同安裝方式的使用頻率：螺釘剛性連接（±10%誤差）10kHz;環氧膠或“502”粘接安裝6kHz;磁力吸座安裝2kHz；雙面膠安裝1kHz。由此可見，安裝方式的不同對測試頻率的響應影響很大，應注意選擇。加速度傳感器的質量、靈敏度與使用頻率成反比，靈敏度高，質量大，使用頻率低，這也是選擇的技巧。

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