壓電加速度計的案例
壓電加速度計的歷史
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，壓電元件的布置能夠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。HBK 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（恒流源線驅動）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。
HBK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。
展開 測量振動 | 壓電加速度計的特性
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。
展開 常用的HBK加速度計有哪些？
單向加速度計
4533，4534系列用于通用測試，靈敏度從10/100/500/50 mV/g，頻率范圍到12.8kHz
4507-B和4508-B系列用于結構模態測試
4526系列用于高溫測量，可180°C連續工作
4524-B系列和4529-B系列具有5個安裝面
微型單向加速度計最輕僅有0.2克，頻率上限到20kHz
三向加速度計
4535系列用于通用測試，靈敏度從10/100/1 mV/g，頻率上限最高可達10kHz
4527系列可用于高溫測量至180°C，4528-B系列可在高溫測量至165°C的同時具備TEDS功能
微型三向加速度計同樣出色，最輕僅有0.8克，頻率上限可達10kHz
工業加速度計
工業加速度計極為堅固可靠，覆蓋范圍廣泛的永久振動監測應用，能夠應對潮濕、含塵和潛在爆炸性區域的測量環境。可提供電荷型和CCLD型，其中電荷型尤為適合高溫測量。
8324-100型高溫工業電荷加速度計，用于惡劣工業環境下的振動測量，包括航空發動機、工業燃氣輪機、渦輪泵、核電廠、高溫（482℃）應用、低溫（-196℃）應用、變速箱、健康監測系統等，適用于苛刻的輻射環境，抗輻射能力強。
4511和4523系列，用于飛行測試、嚴苛環境測試、HUMS狀態監測、變速器測試、機械永久監測等，測量范圍到±500gpk，頻率范圍到15k和25kHz。
電荷型壓電加速度計
電荷型壓電加速度計性能可靠，采用獨特設計，具有高動態范圍、長期穩定性和耐用性，是專門為高溫環境下的振動測量而設計的。
展開 測量振動 | 為什么要使用加速度計前置放大器？
即使數據采集設備具有相對較高的阻抗負載，直接加載壓電加速度計的輸出信號，也會大大降低加速度計的靈敏度并限制其頻率響應。為了更大限度地減少這些影響，加速度計的輸出信號通過一個前置放大器饋送，前置放大器將高阻信號轉換為阻抗低得多的信號，連接到測量和分析儀器的相對較低的輸入阻抗。
在CCLD加速度計中，前置放大器是內置的，因此不需要外部單元，但需要一個能夠為單元供電的輸入。今天，這已經是一個非常普遍的功能。除了阻抗轉換功能外，大多數前置放大器還提供額外的功能來適調信號。
如下圖：
（1）將壓電加速度計的高阻抗輸出轉換為前置放大器的低阻抗輸出
（2）經校準的可變增益裝置，將信號放大至適當水平，以輸入其他儀器
（3）二次增益調整，以“標準化”傳感器靈敏度
（4）積分將加速度計的加速度比例輸出轉換為速度或位移信號
（5）各種濾波器限制上下頻率響應，以避免電噪聲或加速度計頻率范圍線性部分以外的信號的干擾
（6）其他設施，例如過載指示器，參考振蕩器和電池狀態指示器也經常包括在內
測量儀器
便攜式通用振動計或分析儀通常是用于機器監控和簡單振動評估任務的更方便、更具成本效益的測量儀器。
簡單的儀器，只能提供簡單的結果，例如從10到1000Hz的總值。但是，隨著現代數字技術，獲得更多功能的成本已經降低，因此自然的選擇是配備具有一個或兩個通道以及許多分析功能并利用PC所連接的分析儀。它們還包括添加新軟件的可能性。
對于更復雜的任務，使用實時分析儀可獲得極致的操作便利性和分析速度，可以并行分析多個頻段即時評估并實時更新顯示屏上。對大型結構甚至需要高達1000多個通道的系統。
展開 
什么是加速度計和前置放大器？什么是三軸加速度計？
什么是加速度計？
加速度計是一種機電傳感器，它能把振動或沖擊的加速度轉換成與之成比例的電信號輸出，并在儀表或其它合適的指示設備上讀取。
Brüel & Kj?r加速度計的有源元件由壓電盤或壓電片組成，由振動質量加載并通過夾緊裝置固定。當加速度計受到振動時，質量彈簧系統的慣性質量對壓電單元施加可變力，與慣性質量的加速度成比例，壓電單元產生成比例的電荷輸出。
我們的各種傳感器設計都是這樣說明的：
加速度計前置放大器
除了具有內置前置放大器的DeltaTron加速度計外，Brüel & Kj?r電荷加速度計的輸出需要經過前置放大器進行信號適調。
推薦使用電荷放大器，Brüel & Kj?r提供多種高性能的電荷放大器，您可以在不改變系統靈敏度的情況下使用非常長的連接電纜。
大多數Brüel & Kj?r電荷放大器都有以下一個或多個信號調理功能：
靈敏度調整：允許直接輸入傳感器靈敏度，從而提供統一的系統靈敏度。
積分網絡：自動將測量的加速度轉換為速度和位移信號。
高通和低通濾波器：允許在前置放大器上選擇不同的下限和上限頻率，以便從測量中排除不需要的信號和加速度計諧振的影響。
三軸加速度計
三軸加速度計用于同時在三個相互垂直方向（軸）上進行振動測量。經驗法則，三軸加速度計比普通單軸傳感器提供更多的測量信息。
通常，三軸加速度計由三個單獨的加速度計組成，安裝在相差90度的同一個外殼中。但是，這限制了加速度計的最小尺寸，并意味著每個軸都有不同的參考點。
Brüel & Kj?r應用正交剪切型設計了多款非常緊湊的三軸加速度計，其中所有軸都具有相同的參考點。
展開 什么是加速度計和前置放大器？什么是三軸加速度計？
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什么是加速度計？
加速度計是一種機電傳感器，它在其輸出端子上產生與其受到的加速度成比例的電輸出。
輸出信號可以通過電子方式處理并在儀表或其它合適的指示設備上讀取。
Brüel & Kj?r加速度計的有源元件由壓電盤或壓電片組成，由振動質量加載并通過夾緊裝置固定。
壓電單元產生與施加的力成比例的電荷。當加速度計受到振動時，質量彈簧系統的慣性質量對壓電單元施加可變力，與慣性質量的加速度成比例。
我們的各種傳感器設計都是這樣說明的：
加速度計前置放大器
除了具有內置前置放大器的DeltaTron加速度計外，Brüel & Kj?r電荷加速度計的輸出需要通過前置放大器。
推薦使用電荷放大器，Brüel & Kj?r為此目的生產了多種高性能前置放大器。使用電荷前置放大器，您可以在不改變加速度計和前置放大器組合的指定靈敏度的情況下使用非常長的連接電纜。
由于便于校準和測量通常與整體增益和頻率范圍同樣重要，因此大多數Brüel & Kj?r加速度計前置放大器都有以下一個或多個信號調理輔助工具：
靈敏度調節網絡：允許直接輸入前置放大器上的傳感器靈敏度，從而提供統一的系統靈敏度。
積分網絡：自動將測量的加速度轉換為速度和位移信號。
高通和低通濾波器：允許在前置放大器上選擇不同的下限和上限頻率，以便從測量中排除不需要的信號和加速度計諧振的影響。
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三軸加速度計
三軸加速度計用于同時在三個相互垂直方向（軸）上進行振動測量。經驗法則，三軸加速度計比普通單軸傳感器提供更多的測量信息。
通常，三軸加速度計由三個單獨的加速度計組成，安裝在相差90度的同一個外殼中。
展開 測量振動 | 環境對振動測量有哪些影響？
環境影響是測量振動時應了解的一部分，本文簡要解釋了如下因素對振動測量的影響：
溫度
電纜噪聲
來自周圍環境的其他影響
壓電材料和溫度
所有壓電材料都受溫度影響，因此環境溫度的變化都會引起加速度計的靈敏度發生變化。
典型的通用加速度計可以承受高達
250°C左右
的溫度。在更高
溫度下，壓電陶瓷將開始去極化，因此靈敏度將發生永久改變。如果去極化不太嚴重，則在重新校準后仍可使用這種加速度計。對于-196°C至482°C的溫度，可提供采用特殊壓電材料的加速度計。
出于這個原因，所有B&K
加速度計
都提供
典型靈敏度與溫度曲線
，當溫度顯著高于或低于20°C的情況下進行測量時，可以根據加速度計靈敏度的變化來校正測量的水平。
在測量環境中，壓電加速度計在受到溫度波動（稱為溫度瞬變）時，也會顯示出不同的輸出。這通常只是在測量極低水平或低頻振動的情況下才會遇到的問題。現代剪切型加速度計的靈敏度不易受溫度瞬變的影響，而壓縮類型的加速度計輸出則可能高出100倍或更多倍。
當加速度計需要安裝在溫度高于250°C的表面時，可以在底座和測量表面之間插入散熱片和云母墊圈。在350至400°C的表面溫度下，通過這種方法，加速度計底座可以保持在250°C以下。使用流體冷卻幫助帶走熱量可以提供額外的幫助。
加速度計電纜噪聲
由于壓電加速度計具有較高的輸出阻抗，因此連接電纜中產生的噪聲信號有時可能會出現問題。這些干擾可能是由接地環路、摩擦電噪聲或電磁噪聲引起的。
接地回路
電流有時會流入加速度計電纜的屏蔽層，因為加速度計和測量設備是分開接地的。
展開 IMU中加速度計、陀螺儀、磁力計的工作原理
它是由三軸加速計、三軸陀螺儀、三軸磁力計等多種傳感器組成的模塊。IMU在無人駕駛汽車、無人機上面應用的比較多，包括手機等很多電子設備也有IMU傳感器的存在。下面就來講講IMU中三軸加速計、三軸陀螺儀、三軸磁力計的工作原理。
三軸加速度計
三軸加速度傳感器是基于加速度的基本原理去實現工作。
1.測量比力
三軸加速度計是一種慣性傳感器，能夠測量物體的比力，即去掉重力后的整體加速度或者單位質量上作用的非引力。當加速度計保持靜止時，加速度計能夠感知重力加速度，而整體加速度為零。在自由落體運動中，整體加速度就是重力加速度，但加速度計內部處于失重狀態，而此時三軸加速度計輸出為零。
2.測量角度
三軸加速度計的原理能夠用來測量角度。直觀地，如圖所示，彈簧壓縮量由加速度計與地面的角度決定。比力能夠通過彈簧壓縮長度來測量。
展開 4527型加速度計是如何制造的？
B&K 4527型三軸CCLD加速度計是一款多功能加速度計，適用于-60℃到180°C的溫度下連續工作，以滿足惡劣的環境要求。穩定性、可靠性和長期使用壽命，是4527型加速度計的設計要點。
通過如下的小視頻，您將大致了解4527型加速度計是如何制造的。
4527型加速度計的每個零件都經歷了180℃的
老化測試
，以保證其穩定偏差，
穩定的偏置電壓可確保在
整個溫度范圍內保持其寬動態范圍。
鈦金屬外殼
提升了日常使用的耐久性，大大減輕了加速度計的重量，并對電磁環境不敏感。4527型較小的尺寸和
輕巧的重量
（僅6克）使得它可以在密閉空間中進行三軸測量。
盡管4527型是三軸加速度計，但它
也可以用于單軸或雙軸測量
。它具有低噪聲特性，并且所有三個軸的頻率范圍均為0.3Hz至10kHz。由于頻率范圍寬，重量輕，使其適合用作
多功能加速度計
。
4527型加速度計具有一個四針行業標準連接器，以實現更大的
電纜兼容性
。每個加速度計均使用隨機激勵和1600行FFT進行校準，以提供
高分辨率
的頻率響應。
4527型加速度計滿足現代測試實驗室的大多數需求，從而
簡化了測試
。
展開 思百吉集團收購Dytran儀器公司
Dytran位于美國加州，是壓電和MEMS加速度計的領先設計和制造商，產品應用于測量動態力、壓力和振動，主要市場在北美。
Dytran公司將并入思百吉集團旗下的HBK公司
（HBK在加速度計領域擁有悠久的品牌歷史），并將受益于HBK的全球銷售和服務網絡。
HBK總裁Ben Bryson表示：“非常歡迎Dytran員工加入HBK。我們將共同通過傳感解決方案加強客戶流程和資產。憑借在太空、航空航天和國防領域的優勢地位，我們將基于壓電加速度計創造價值，提供更高的客戶親密度和更廣泛的產品能力。在一個更加互聯和可持續的世界中，精密傳感行業處于有利地位。Dytran的加入將支持我們持續賦能創新者。”
點擊此處瀏覽完整公告：
思百吉收購Dytran
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展開 加速度計校準注意事項及常見問題
為了保證振動及沖擊測試測量過程中數據的準確性，我們建議要定期校準加速度計，根據加速度計使用的頻度以及使用環境條件來決定加速度計校準的周期，通常半年或一年時間。在某些關鍵的測試或成本比較高的破壞性測試，建議每次使用前校準加速度計。
加速度計校準常見的系統有自動掃頻校準系統或單點頻率測試系統。加速度計數量比較多的情況下建議使用自動掃頻校準系統以提高效率，例如PCB? 9155D加速度計校準系統或其它廠家的系統。
動態傳感器校準系統
加速度計校準注意事項：
1. 傳感器的安裝方式：
不同的安裝方式會顯著的影響傳感器的諧振頻率，也就是傳感器的高頻響應。下圖有說明安裝方式對諧振頻率的影響。優先選擇螺釘安裝，其次是熱熔膠或瞬干膠，然后雙面膠等等。
2. 傳感器電纜的選擇：
校準傳感器電纜盡量選擇外皮比較軟的電纜，例如硅膠或PVC電纜，這樣可以減少電纜對傳感器包括振動臺動芯的影響。實際測試過程中我們是建議電纜和傳感器固定在同一結構上，由于傳感器校準過程的安裝面受限，所以建議使用軟電纜連接。
3. 三軸傳感器X軸的校準：
大部分三軸傳感器的X軸在校準時都是倒裝的，所以傳感器X軸的頻響通常比Y和Z軸的頻響要窄。而且測試X軸時頂端出線，需要注意電纜的固定。
加速度計校準常見問題：
1.
展開 
模擬表面微加工加速度計
模擬表面微加工加速度計1.pdf
如何通過加速度計安裝檢查保證可靠的數據采集
加速度計在測試結構上的物理安裝是測量鏈中首要的也是最常見的問題環節。這個問題會破壞測量結果，并且以后也無法糾正。
加速度計安裝檢查（AMC），基于Brüel & Kj?r的專利技術，提供了一種更簡單快捷的方式來檢查傳感器是否正確安裝，取代了耗時很長的目視檢查和手動檢查。讓我們深入了解一下技術細節吧。
1：4533-S型和質量彈簧阻尼系統
了解加速度計安裝檢查的工作原理
技術原理
加速度計安裝檢查的好處
避免因傳感器松動而重新測量
顯著節省了檢查傳感器是否正確安裝的時間
增加了您對測試數據的信心
快速驗證所有通道
加速度計安裝檢查自動驗證加速度計是否工作以及安裝情況是否改變：
所有新的S型Brüel & Kj?r CCLD加速度計都內置了該功能
與LAN-XI模塊一起使用時，支持所有電荷型加速度計
參考文獻：
[1] Ewins, D.E. 2000. “Modal Testing: Theory, Practice and Application”, Research Studies Press Ltd., Baldock, England
[2] Serridge, M., Licht, T.R. 1987. “Piezoelectric Accelerometers and Vibration Preamplifiers”, Brüel & Kj?r Publications, Denmark
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展開 如何為加速度計選擇安裝位置？
如何避免測量錯誤是測量振動時必須知曉的內容，本文簡要解釋了以下幾點：為避免因加速度計共振而出錯，該如何為加速度計選擇安裝位置，以及如何安裝。
加速度計安裝位置
安裝加速度計，應使所需的測量方向與其主靈敏度軸一致。加速度計對橫向振動也較敏感，但通常可以忽略這一點，因為橫向靈敏度通常小于主軸靈敏度的5%。
測量物體振動的原因通常決定了測量點的位置。以圖中的軸承座為例，加速度測量用于監控軸和軸承的運行狀況，加速度計位置的響應應直接來源于軸承傳遞的振動。
加速度計"A"主要檢測來自軸承的振動信號，而非機器其他部件的振動，但加速度計"B"檢測到的軸承振動可能因路徑過長而改變，混有來自機器其他部件的信號。同樣，加速度計"D"的位置不如加速度計"C"的位置更直接。
另一個問題是，應該測量問題機器部件的哪個方向？沒有放之四海而皆準的規則，但以所示軸承為例，通過軸向和徑向方向（通常為預期剛度最低的方向）進行測量，可以獲取有價值的信息用于監測目的。
機械物體對強迫振動的響應是一個復雜的現象，人們可以預期，特別是在高頻率下，能夠測量到顯著的振動水平和頻譜，即使在同一機器部件上的相鄰測量點。
安裝加速度計
良好的安裝方法是確保準確測量的關鍵之一。草率的安裝導致安裝共振頻率的下降，這會嚴重限制加速度計的使用頻率范圍。
理想的安裝是通過螺紋螺柱安裝到平面，如圖所示光滑的表面。在擰緊加速度計之前，將一層薄薄的潤滑脂涂在安裝表面上通常會提高安裝剛度，從而確保安裝的共振頻率接近規格。
機器上的螺紋孔應足夠深，避免螺柱進入加速度計底座。
展開 基于ANSYS APDL的硅微諧振式加速度計模態分析 ￥25
硅微諧振式加速度計硅微諧振式加速度計
建模幾何
有限元及邊界條件
模態結果
附件包括：建模及仿真分析結果
modal.txt
