壓電式加速度計普遍用于振動測量，與任何其他類型的振動傳感器相比，它具有更好的全方位特性。它具有非常寬的頻率和動態范圍，在整個范圍內具有良好的線性度，它相對牢固和可靠，因此其特性可以在很長一段時間內保持穩定。

壓電加速度計的特性

 

壓電加速度計是自發電的，因此 不需要電源 。沒有可磨損的運動部件，且輸出與加速度成比例的信號并可積分成速度和位移信號。它們能夠在 極端溫度 下工作，但受到高輸出阻抗的限制，需要低噪聲電纜和電荷放大器來適調信號。

壓電加速度計的核心是 壓電材料的切片 ，通常是一種人工極化的鐵電陶瓷，具有獨特的壓電效應。當它在張力、壓縮或剪切方面受到機械應力時，它會在其極面上產生與施加的力成正比的電荷。

加速度計設計

 

在實際的加速度計設計中，壓電元件被布置成使得當組件被振動時，質量單元向壓電元件施加與所受振動加速度成正比的力。這可以從公式中看出：力=質量x加速度。

對低于質量彈簧系統諧振頻率以下的頻率，質量的加速度將與基礎的加速度相同，因此輸出信號的幅度將與基座承受的加速度成正比。

通常使用兩種配置：

質量對壓電元件施加壓縮力的壓縮類型和質量對壓電元件上施加剪切力的剪切類型。

壓電式加速度計類型

 

大多數制造商都提供各種各樣的加速度計，如果不了解，就無法輕松做出選擇。

但是一小組“通用”類型可以滿足大多數需求。這些連接器有頂部或側面安裝的連接器，靈敏度范圍為1至10mV或pC/ms-2。Brüel & Kj?r Uni-Gain?類型的靈敏度已標準化為方便的“圓整數字”，例如1或10pc/ms-2，以簡化測量系統的校準。

CCLD/Deltatron?或者IPE加速度計

CCLD（恒流線路驅動）加速度計或IEPE（集成電子Piezo Electric）加速度計是帶有集成前置放大器的壓電式加速度計，可在電源線上以電壓調制的形式提供輸出信號。

Brüel & Kj?r的IEPE加速度計具有高輸出靈敏度、高信噪比和寬帶寬，因此適用于通用和高頻振動測量。

這些加速度計是高性能儀器，其輸出靈敏度高于標準壓電加速度計（不帶積分放大器情形）。它們采用氣密密封以防止環境污染，對射頻和電磁輻射的敏感性較低，由于采用了外部恒流電源，它們的輸出阻抗較低。低阻抗輸出允許您使用廉價的同軸電纜用于加速度計。

許多超出通用范圍的加速度計的特性傾向于特定應用。例如：小型加速度計，用于高級值或高頻測量，用于重約0.5至2克的精密結構、面板等。

其他特殊用途類型經過優化，可在三個相互垂直的方向上同時進行測量：高溫；極低的振動水平；高沖擊；比較其他加速度計的校準；以及在工業機器上進行永久監控。

加速度計靈敏度、質量和動態范圍

 

靈敏度是通?？紤]的第一個特性。理想情況下，我們希望獲得較高的輸出水平，但有一點我們必須妥協，因為高靈敏度通常需要相對較大的壓電組件，因此需要一個相對較大的質量單元。

在正常情況下，靈敏度不是一個關鍵問題，因為現代前置放大器可輕松處理這些低電平信號。在輕質物體上進行測量時，加速度計的低質量變得非常重要。額外的質量會顯著改變測量點的振動水平和頻率。

通常，加速度計的質量應不超過安裝在其上的振動部分的動態質量的十分之一。

當希望測量異常低或高的加速度水平時，應考慮加速度計的動態范圍。圖中顯示的下限通常不是由加速度計直接決定的，而是由連接電纜和放大器電路產生的電噪聲決定的。對于通用儀器，此限制通常低至m/s²的百分之一。

上限由加速度計的結構強度決定。典型的通用加速度計的線性高達50000至100000m/s²，這已經上升到機械沖擊的范圍內。專為測量機械沖擊而設計的加速度計線性可以高達1000km/s²(100000g)。

 

加速度計頻率范圍

 

機械系統的大部分振動能量往往包含在10Hz至1000Hz之間的相對較窄的頻率范圍內，但是測量結果通?？梢哉f是10kHz，因為在這些較高頻率下，通常會有一些有趣的振動分量。因此，在選擇加速度計時，我們必須確保加速度計的頻率范圍可以覆蓋感興趣的范圍。

實際上，在低頻端，加速度計提供真實輸出的頻率范圍受到兩個因素的限制。第一個是緊隨其后的放大器的低頻截止。這通常不是問題，因為限制通常遠低于1Hz。

第二個是環境溫度波動的影響，加速度計對此很敏感。使用現代剪切式加速度計，這種影響最小，允許在正常環境下測量低至1Hz以下。

上限由加速度計本身的質量彈簧系統的諧振頻率決定。根據經驗，如果我們將頻率上限設置為加速度計共振頻率的三分之一，我們就知道，在組件的上限頻率下測得的振動誤差不會超過+12％。

對于質量較小的小型加速度計，諧振頻率可以高達180kHz，但是對于較大、輸出更高的通用加速度計，通用加速度計，通用加速度計的共振頻率通常為20至30kHz。

加速度計共振誤差

 

由于加速度計通常會在高頻端因為共振靈敏度大幅升高，因此其輸出將無法真實顯示這些高頻測量點處的振動。

在頻率分析振動信號時，人們可能以為很容易地識別由加速度計共振引起的高頻峰，因此往往忽略了它。這時，如果要獲取包括加速度計共振在內的整體寬帶讀數，同時要測量的振動在諧振頻率周圍的區域中也有分量，則會得出不準確的結果。

通過選擇頻率范圍盡可能寬的加速度計，然后使用低通濾波器（通常包含在振動計和前置放大器中）來消除由加速度計共振引起的不需要的信號，可以克服這個問題。

在測量僅限于低頻的情況下，可以使用機械濾波器消除高頻振動和加速度計共振效應，例如消除電子設備上的過載。它們由粘接在兩個安裝盤之間的彈性介質（通常是橡膠）組成，安裝在加速度計和安裝表面之間。它們通常會將上限頻率降低到0.5kHz至5kHz之間。

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