压电式加速度传感器灵敏度与量程范围的介绍

   2024-01-17 工业品商城79
核心提示:传感器的灵敏度被视为传感器的关键参数之一。它的大小直接影响着传感器对于振动信号的精确测量。不难理解,传感器的灵敏度应该根据待测振动量(加速度值)大小来确定,但值得注意的是,由于压电加速度传感器是用来测量振动的加速度值,而在同等位移幅值条件下,加速度值与信号的频率平方成正比,这就意味着不同频段的加速

       传感器的灵敏度被视为传感器的关键参数之一。它的大小直接影响着传感器对于振动信号的精确测量。不难理解,传感器的灵敏度应该根据待测振动量(加速度值)大小来确定,但值得注意的是,由于压电加速度传感器是用来测量振动的加速度值,而在同等位移幅值条件下,加速度值与信号的频率平方成正比,这就意味着不同频段的加速度信号大小存在极大的差异。大型结构的低频振动,其振动量的加速度值可能相对较小,例如,当振动位移为1mm,频率为1Hz的信号其加速度值仅为0.04m/s2(0.004g);然而对于高频振动,当位移为0.1mm,频率为10kHz的信号,其加速度值可高达4x105m/s2(40000g)。因此,虽然压电式加速度传感器有着较大的测量量程范围,但是在选用用于测量高低两端频率的振动信号的加速度传感器灵敏度时,我们必须对信号有充分的估算。最常见的振动测量压电式加速度计灵敏度,电压输出型(IEPE型)为50~100mV/g,电荷输出型为10~50pC/g。

      加速度值传感器的测量量程范围实际上就是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的最大测量值。一般来说,通用型压电加速度传感器的非线性误差约为1%。根据一般的规则,灵敏度越高,其测量范围就越小,反之亦然。

      IEPE电压输出型压电加速度传感器的测量范围,是由在线性误差范围内所允许的最大输出信号电压决定的,通常情况下,这个最大输出电压量值一般都为±5V。经过计算,就可以得出传感器的最大量程,即等于最大输出电压与灵敏度的比值。需要提醒的是,IEPE压电传感器的量程不仅受到非线性误差大小的影响,同时也受到供电电压和传感器偏置电压的限制。若供电电压与偏置电压的差值小于传感器技术指标给出的量程电压,传感器的最大输出信号就会出现畸变。

      因此,IEPE型加速度传感器的偏置电压是否稳定不仅影响到低频测量,甚至可能导致信号失真;对于高低温测量环境,我们更须注意这一点。如果传感器的内置电路不在室温条件下稳定,传感器的偏置电压可能会持续缓慢地发生漂移,从而导致测量信号的波动。

       然而,电荷输出型传感器的测量范围受到机械刚度的限制,同样的条件下,由于传感器敏感芯体受到机械弹性区间非线性的制约,其最大信号输出远大于IEPE型传感器的测量范围,其具体数值需要通过实验进行确定。一般来说,当传感器灵敏度提高时,其敏感芯体的质量块也会相应增大,从而导致传感器的测量范围相对较小。此外,由于质量块较大,其谐振频率偏低,这使得传感器敏感芯体容易激发谐振信号,导致谐振波叠加在被测信号上,从而导致输出信号的失真。因此,在选择最大测量范围时,我们还需考虑被测信号的频率组成及传感器自身的自振谐振频率,以避免传感器产生谐振分量。同时,在量程方面应当预留充足的安全空间,确保信号不会失真。

      对于加速度传感器灵敏度的标定方法,我们通常采用比较法进行检测。将被校准传感器在特定频率(通常为159Hz或80Hz)振动下的输出与标准传感器测得的加速度值进行比较,即可得到传感器的灵敏度。而对于冲击传感器的灵敏度,我们可以通过测量被校准传感器对一系列不同冲击加速度值的输出响应,进而得到在传感器测量范围内输入冲击加速度值和电输出之间的对应关系,然后通过数值计算得出与各点间差值最小的直线,该直线的斜率便为传感器的冲击灵敏度。

      关于冲击传感器的非线性误差,我们可以通过两种方式进行描述:全量程偏差或按分段量程的线性误差。前者是指基于传感器的全量程输出为基准的误差百分数,即无论测量值的大小,其误差都是按照全量程百分数计算得出的数值。而按分段量程的线性误差的计算方法与全量程偏差相似,只是基准不再是全量程,而是根据分段量程来计算误差值。举例来说,当数值范围为20000g的传感器,若全量程偏差为1%,那么在全量程内的线性误差将为200g;但是如果将传感器按照分段量程5000g,10000g,20000g进行衡量,尽管其误差仍为1%,但是在不同的三个量程段内,线性误差将会分别为50g,100g,200g。


 
 
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