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傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一
2013-05-05
靈敏度的大小直接影響到傳感器對振動(dòng)信號的測量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動(dòng)量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測量振動(dòng)的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)其振動(dòng)量的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振動(dòng)位移為1mm,頻率為1Hz的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振動(dòng)當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10kHz的信號其加速度值可達(dá)4x105m/s2(40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測量量程范圍，但對用于測量高低兩端頻率的振動(dòng)信號，選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對信號有充分的估計(jì)。最常用的振動(dòng)測量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（IEPE型）為50~100mV/g，電荷輸出型為10~50pC/g。
加速度值傳感器的測量量程范圍是指傳感器在一定的非線性誤差范圍內(nèi)所能測量的最大測量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其測量范圍越小，反之靈敏度越小則測量范圍越大。
IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定，最大輸出電壓量值一般都為±5V。通過換算就可得到傳感器的最大量程，即等于最大輸出電壓與靈敏度的比值。需要指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性誤差大小影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)指標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的最大輸出信號就會發(fā)生畸變。
因此IEPE型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻測量也可能會使信號失真；這種現(xiàn)象在高低溫測量時(shí)需要特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)定時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而造成測量信號忽大忽小。
而電荷輸出型測量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過實(shí)驗(yàn)來確定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。同時(shí)因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號，結(jié)果使諧振波疊加在被測信號上造成信號失真輸出。因此在最大測量范圍選擇時(shí)，也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時(shí)在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號不產(chǎn)生失真。
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