加速度传感器的选型

  原标题:加速度传感器的选型

  

  加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

  加速度传感器的选型要求

  灵敏度

  传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一。传感器的灵敏度应根据被测振动量(加速度值)大小而定,但由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值,而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比,所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。

  大型结构的低频振动其振动量的加速度值可能会相当小,例如当振动位移为 1mm, 频率为1 Hz 的信号其加速度值仅为0.04m/s2(0.004g);然而对高频振动当位移为0.1mm,频率为10 kHz的信号其加速度值可达4 x 10 5m/s2(40000g)。因此尽管压电式加速度传感器具有较大的测量量程范围,但对用于测量高低两端频率的振动信号,选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计。

  量程范围

  加速度值传感器的测量量程范围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。通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。作为一般原则,灵敏度越高其测量范围越小,反之灵敏度越小则测量范围越大。

  测量频率范围

  传感器的频率测量范围是指传感器在规定的频率响应幅值误差内(±5%, ±10%, ±3dB)传感器所能测量的频率范围。频率范围的高,低限分别称为高,低频截至频率。截至频率与误差直接相关,所允许的误差范围大则其频率范围也就宽。作为一般原则,传感器的高频响应取决于传感器的机械特性,而低频响应则由传感器和后继电路的综合电参数所决定。高频截止频率高的传感器必然是体积小,重量轻,反之用于低频测量的高灵敏度传感器相对来说则一定体积大和重量重。

  内部结构

  内部结构是指敏感材料晶体片感受振动的方式及安装形式,有压缩和剪切两大类,常见的有中心压缩、平面剪切、三角剪切、环型剪切。中心压缩频响高于剪切型,剪切型的环境适应性好于中心压缩型。如配用积分型电荷放大器测量速度、位移时,最好选用剪切型产品,这样所得信号波动小,稳定性好。

  输出型式

  取决于系统和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的,比如2.5V对应0g的加速度,2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制(PWM)信号。