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在低频下如何使用压电加速度传感器

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在低频下如何使用压电加速度传感器


        

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    2018-01-19 18:28:15
  •   【导读】由于低频振动加速度信号都微小而高阻抗小电荷信号非常容易受干扰;因此本文针对此情况内置电路加速度传感器日趋普遍情况下应尽量选用电噪声比较小低频特性优良低阻抗电压输出型压电加速度传感器传感器低频截止频率与传感器高频截止频率类同低频截止频率指所规定传感器频率响应幅值误差(±5% ±10% 或±3dB)内传感器所能测量低频率信号误差值越大其低频截止频率也相对越低所同传感器低频截止频率指标必须相同误差条件下进行比较 图1:压电式加速度传感器低阻抗电压输出型传感器低频特性由传感器敏感芯体和内置电路综合电参数所决定其频率响应特性用模拟电路阶高通滤波器特性来描述所传感器低频响应和截止频率完全用阶系统时间常数来确定从实用角度来看由于传感器甚低频频率响应标定比较困难而通过传感器对时间域内阶跃信号响应测得传感器时间常数;因此利用传感器低频响应与阶高通滤波器特性几乎致特点通过计算方便地获得传感器低频响应和与其对应低频截至频率传感器灵敏度低频噪声特性和动态响应范围低频测量传感器般要求有比较高灵敏度满足低频小信号测量灵敏度增加往往有限加速度传感器灵敏度能达10V/g 或更高灵敏度高往往带来其负面效应比传感器稳定性抗过载能力及对周边环境干扰敏感性因此追求过高灵敏度并定能解决微小信号测量相反高分辨率和低噪声传感器工程应用往往更容易解决实际问题所选用具有低电噪声传感器低频测量尤重要 图2:压电式加速度传感器内部结构了表明传感器所能测量小信号大部分商业化加速度计也都提供分辨率或电噪声指标国内绝大部分传感器宽带电噪声指标般都标20μV而BW-sensor宽带电噪声指标已降低10μV而对低频小信号测量来说仅提供宽频带电噪声并能完全反映传感器低频范围内加速度测量分辨率;因由内置电路引起低频噪声大小与频率倒数成正比即所谓1/f噪声当测量频率低时传感器电噪声输出按指数幅度增长所传感器低频电噪声数值与宽带电噪声指标完全同而且频率越低种差别越明显因此用于甚低频测量传感器其分辨率常用传感器输出电噪声功率谱密度表示此指标实用意义传感器特定频率下噪声大小其单位般用μV/√Hz或μg/√Hz来表示BW-sensor 内置电路电噪声功率谱密度典型值3μV/√Hz@ 10 Hz传感器瞬态温度响应对低频测量影响由于压电陶瓷特性压电式加速度计对温度突变化都会产生同程度电荷输出传感器瞬态温度响应指标衡量传感器对温度变化敏感程度对低频测量尤重要由于低频测量信号小而传感器因环境温度变化极能产生与低频振动信号相当误差;两种信号甚低频范围内难区分因此何减小环境温度变化对传感器输出影响低频测量显得非常重要传感器瞬态温度响应指标单位g/oC 表示瞬态温度每变化度所相当加速度输出其值通过电压(电荷)输出和传感器灵敏度之间换算得 图3:压电式加速度传感器频率响应传感器瞬态温度响应由压电材料直接导致因此压电陶瓷对由温度突变所致电荷输出大小决定了指标好坏BW-sensor选用目前国外综合性能指标好压电陶瓷并结合记忆金属制成用于低频测量加速度传感器经国防兵器、航天和大型结构多年使用验证了传感器具有优越低频输出稳定性和抗干扰性能实际甚低频测量了减低环境温度变化对传感器低频信号输出影响传感器外壳尽能采用隔热保护套传感器安装基座和基座应变对测量影响由于低频测量传感器对高频响应要求高因此传感器使用任何种安装方式般都能满足要求需要注意两问题其传感器应尽量考虑使用绝缘底座避免任何由对地回路引起噪声影响测量信号其二应考虑传感器安装处被测结构应变对传感器输出影响即传感器应变灵敏度大小剪切结构形式压电加速度传感器具有良好基座应变特性般都能满足通常低频结构测试。
      

    天***

    2018-01-19 18:28:15

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