振動(dòng)試驗(yàn)中加速度傳感器的選擇及分析
2018/11/3 11:41:43??????點(diǎn)擊：
振動(dòng)試驗(yàn)中，我們對(duì)控制點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)等的振動(dòng)量值大多是通過(guò)加速度傳感器采樣得到的，該數(shù)值的正確性、可信性，直接影響到對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果的判定。影響振動(dòng)試驗(yàn)中振動(dòng)量值的正確獲得，除了與傳感器的安裝位置、試件的安裝等外，還跟傳感器的技術(shù)指標(biāo)有關(guān)，它是得到振動(dòng)量值的最直接也是最重要的單元之一。本文結(jié)合理論及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹振動(dòng)試驗(yàn)中壓電式加速度傳感器的選擇。
振動(dòng)試驗(yàn)中加速度傳感器的選擇及分析
1、靈敏度
壓電式加速度傳感器的靈敏度有兩種表示方法，一個(gè)是電荷靈敏度Sq，另一個(gè)是電壓靈敏度Sv，其電學(xué)特性等效電路如圖1。
振動(dòng)試驗(yàn)中加速度傳感器的選擇及分析
圖1 壓電式加速度傳感器的是電學(xué)特性等效電路
壓電片上承受的壓力為F1=ma，在壓電片的工作表面上產(chǎn)生的qa與被測(cè)振動(dòng)的加速度a成正比：即其中，比例系數(shù)Sq就是壓電式加速度傳感器的電荷靈敏度，量綱是[pC/ms??]。傳感器的開(kāi)路電壓：
式中，Ca為傳感器的內(nèi)部電容量，對(duì)于一個(gè)特定的傳感器來(lái)說(shuō)，Ca為一個(gè)確定值。所以也就是說(shuō)，加速度傳感器的開(kāi)路電壓Ua也與被測(cè)加速度a成正比，比例系數(shù)Sv就是壓電式加速度傳感器的電壓靈敏度，量綱是[mV/ms??]。
在壓電式加速度傳感器的使用說(shuō)明書(shū)上所標(biāo)出的電壓靈敏度，一般是指在限定條件下的頻率范圍內(nèi)的電壓靈敏度Sv。在通常條件下，當(dāng)其它條件相同時(shí)，幾何尺寸較大的加速度傳感器有較大的靈敏度。使用說(shuō)明書(shū)上還會(huì)給出最小加速度測(cè)量值，也稱(chēng)最小分辨率，考慮到后級(jí)放大電路噪聲問(wèn)題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離最小可能值，以確保最佳信噪比。最大測(cè)量極限要考慮加速度傳感器自身的非線性影響和后續(xù)儀器的最大輸出電壓。
估算方法：
最大被測(cè)加速度×傳感器電荷（電壓）靈敏度，其數(shù)值是否超過(guò)配套儀器的最大輸入（電壓）值。
如已知被測(cè)加速度范圍可在傳感器指標(biāo)中的參考量程范圍中選擇（兼顧頻響、重量），同時(shí)，在頻響、質(zhì)量允許的情況下，盡量選擇高靈敏度的傳感器，以提高后續(xù)儀器輸入信號(hào)，提高信噪比。
在兼顧頻響、質(zhì)量的同時(shí)，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：
振動(dòng)加速度在1ms??——100ms??左右，可選300pC/ms??——30pC/ms??的加速度傳感器；振動(dòng)加速度在100ms??——1000ms??，可選擇20pC/ms??——2pC/ms??的加速度傳感器；碰撞、沖擊測(cè)量一般
振動(dòng)試驗(yàn)中加速度傳感器的選擇及分析
1、靈敏度
壓電式加速度傳感器的靈敏度有兩種表示方法，一個(gè)是電荷靈敏度Sq，另一個(gè)是電壓靈敏度Sv，其電學(xué)特性等效電路如圖1。
振動(dòng)試驗(yàn)中加速度傳感器的選擇及分析
圖1 壓電式加速度傳感器的是電學(xué)特性等效電路
壓電片上承受的壓力為F1=ma，在壓電片的工作表面上產(chǎn)生的qa與被測(cè)振動(dòng)的加速度a成正比：即其中，比例系數(shù)Sq就是壓電式加速度傳感器的電荷靈敏度，量綱是[pC/ms??]。傳感器的開(kāi)路電壓：
式中，Ca為傳感器的內(nèi)部電容量，對(duì)于一個(gè)特定的傳感器來(lái)說(shuō)，Ca為一個(gè)確定值。所以也就是說(shuō)，加速度傳感器的開(kāi)路電壓Ua也與被測(cè)加速度a成正比，比例系數(shù)Sv就是壓電式加速度傳感器的電壓靈敏度，量綱是[mV/ms??]。
在壓電式加速度傳感器的使用說(shuō)明書(shū)上所標(biāo)出的電壓靈敏度，一般是指在限定條件下的頻率范圍內(nèi)的電壓靈敏度Sv。在通常條件下，當(dāng)其它條件相同時(shí)，幾何尺寸較大的加速度傳感器有較大的靈敏度。使用說(shuō)明書(shū)上還會(huì)給出最小加速度測(cè)量值，也稱(chēng)最小分辨率，考慮到后級(jí)放大電路噪聲問(wèn)題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離最小可能值，以確保最佳信噪比。最大測(cè)量極限要考慮加速度傳感器自身的非線性影響和后續(xù)儀器的最大輸出電壓。
估算方法：
最大被測(cè)加速度×傳感器電荷（電壓）靈敏度，其數(shù)值是否超過(guò)配套儀器的最大輸入（電壓）值。
如已知被測(cè)加速度范圍可在傳感器指標(biāo)中的參考量程范圍中選擇（兼顧頻響、重量），同時(shí)，在頻響、質(zhì)量允許的情況下，盡量選擇高靈敏度的傳感器，以提高后續(xù)儀器輸入信號(hào)，提高信噪比。
在兼顧頻響、質(zhì)量的同時(shí)，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：
振動(dòng)加速度在1ms??——100ms??左右，可選300pC/ms??——30pC/ms??的加速度傳感器；振動(dòng)加速度在100ms??——1000ms??，可選擇20pC/ms??——2pC/ms??的加速度傳感器；碰撞、沖擊測(cè)量一般
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