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教你如何合适选择加速传感器


  总的来说有两类加速度传感器:交流响应加速度传感器,直流响应加速度传感器
  
   作为交流响应的加速度传感器,正如它的名称,它的输出是交流耦合的。工业无极3平台批发此类传感器不能用来测试静态的加速度,比如重力加速度和离心加速度。他们仅适合测量动态事件。而直流响应的加速度传感器,具有直流耦合输出,能够响应低至0赫兹的加速度信号。因此直流响应的加速度传感器适合同时测试静态和动态的加速度。并不是只有需要测试静态加速度时才选择直流响应的加速度传感器。
  
   许多对于振动的研究需要获取加速度,速度和位移的信息,这些是工程师们设计和验证结构时所需要的重要信息。一般说来,加速度提供了很好的参考,而速度和位移却是计算时所需的变量。为了从加速度计算出速度和位移,从传感器输出的加速度信号会通过数字或模拟的形式分别做一次和二次积分。这就可能导致了交流耦合的传感器会产生问题。为了演示这个问题,设想采用交流传感器测量一个宽脉冲半正弦波信号。由于固有的交流RC时间常数的限制,传感器的输出不能很好跟输入脉冲吻合。同样的原因,在脉冲的结束点,传感器输出将产生一个负向零点偏移。
  
   交流响应加速度传感器
  
   最常用的交流响应加速度传感器是采用压电元件作为其敏感单元的。当有加速度输入时,传感器中的检测质量块“移动”使压电元件产生正比于输入加速度的电荷信号。从电学角看,压电元件如同一个有源的电容器,其内阻在10x9欧姆级别。由内阻和电容决定了RC时间常数,这也决定了传感器的高频通过特性。由于这个原因,压电加速度传感器不能用于测量静态事件。压电元件可来自于自然界或人造。它们有不同的信号转换效率和线性。市场上有两类压电加速度传感器-电荷输出型,电压输出型。
  
   主要的压电加速度传感器采用锆钛酸盐陶瓷,具有很宽的工作温度范围,宽的动态量程,宽的频率范围(可用频率>10kHz)。马鞍无极3平台电荷输出型加速度传感器把压电陶瓷封装在具有气密性的金属外壳中。由于具有抵抗严酷环境的能力,其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗,该传感器需要配合电荷放大器和低噪声屏蔽电缆使用,最好是同轴电缆。低噪声电缆是指其具有低的摩擦电噪声2,这是一种运动产生的来自电缆本身的噪声。很多传感器厂家同时提供这种低噪声电缆。电荷放大器和电荷输出型加速度传感器连接,从而可以消除电缆电容和传感器电容并联带来的影响。配合先进的电荷放大器,电荷输出型加速度传感器很容易实现宽的动态响应(>120dB)。由于压电陶瓷的工作温度范围很宽,有些传感器可以用于-200°C到 400°C,甚至更宽温度的环境。它们特别适合极限温度下的振动测试,如涡轮引擎的监测。
  
   直流响应加速度传感器
  
   两种技术经常被用来制作直流响应加速度传感器:电容型压阻型
  
   电容型
  
   电容型(随加速度变化,由检测质量块引起电容变化)加速度传感器在当今是最通用的。在某些领域无可替代,如安全气囊,手机移动设备等。高的产量使得该类传感器成本低廉。但是这种低成本的传感器受制于较低的信噪比,有限的动态范围。所有的电容型加速度传感器都具有内部时钟,该时钟(~500kHz)是检测电路必不可少的部分,由于泄漏经常会对输出信号产生干扰。这种噪声的频率远高于测量信号的频率,一般不会对测量结果造成影响,但是它始终和测试信号叠加在一起。由于内置了放大器芯片,其一般具有3线(或4线差分输出)接口。只要有直流供电便能工作。
  
   压阻型
  
   压阻型加速度传感器是另一种广泛应用的直流响应加速度传感器。不同于电容型加速度传感器通过电容的变化测量加速度,压阻型加速度传感器通过应变电阻值的变化输出加速度信号,应变电阻是传感器惯性感应系统的一部分。很多工程师熟悉应变片,并知道如何测量其输出。大多数的压阻型传感器对温度变化敏感,因而需要对其输出信号在传感器内部或外部做温度补偿。现代压阻型加速度传感器包含一个专用集成电路做在板信号处理,也包含温度补偿。
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