(精选)振动测试技术 Chapt2-振动测量传感器课件.pptVIP

压电式加速度传感器 压电式传感器及其等效电路 若考虑负载（测量电路），等效电路如下： 假设一恒定力F作用于压电器件，产生电量q，则输出电压： 其中，Cc、Ci分别为电缆寄生电容及后续测量电路的输入电容。 压电式加速度传感器 压电式传感器的使用 ◆由于电荷泄漏，静态测量或准静态量值时,必须采取一定措施,使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够小的程度； ◆动态测量时,电荷可以不断补充,从而供给测量电路一定的电流,故压电式传感器适宜作动态测量。 压电式加速度传感器 压电元件的串接 压电式传感器有电荷及电压两种输出方式。为了增大输出值，压电传感器往往用两个（较多见）或两个以上的晶体串接或并接： n 个晶体串接时，输出电荷量与单片晶体电荷相同，总电容为单片晶体电容的1/n，输出电压为单片晶体电压的n倍。 串接时，输出电压大、电容小、时间常数小，适宜测量迅变信号和以电压输出的场合。 F F a)串联 压电式加速度传感器 压电元件的并接 n个晶体并接时，输出电荷量为单片晶体电荷n 倍，总电容为单片晶体电容n 倍，输出电压等于单片晶体电压。 并接时，输出电荷量大、电容大、时间常数大，适宜测量缓变信号和以电荷输出的场合。 F F b)并联 振动物体 压电式加速度计的特性分析 1、力学模型—中心压缩型 2、机电转换过程 惯性接收 压电变换 物理量转换 当传感器跟随物体运动时，惯性接收部分将被测的加速度 接收为 相对于底座的相对振动位移 ，于是压电晶体片受到 的动态力，然后由压电正效应变换为作用在晶体面上的电荷 。 3、输入与输出关系式 压电式加速度传感器 4、特性参数 ① 灵敏度 电荷灵敏度 电压灵敏度 其中 （开路电压） （极间电容） ② 动态范围 最小可测振级主要受测量仪器的噪声电平限制 最大可测振级主要受传感器的强度及非线性因素限制 压电式加速度传感器 ③ 频率特性 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率。一般阻尼比小于0.1的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误差小于0.5dB（即6%），相移小于3度。但共振频率与加速度计的安装有关，加速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难于达到刚性连接，因而共振频率和使用上限频率都会有所下降。 ④ 横向灵敏度 ⑤ 环境特性 温度，湿度，磁场等 小于5% 固有频率、灵敏度和动态范围相互制约 压电式加速度传感器 5、 加速度计的固定方法 其中图a采用钢螺栓固定，是共振频率能达到出厂共振频率的最好方法。螺栓不得全部拧入基座螺孔，以免引起基座 变形，影响加速度计的输出。在安装面上涂一层硅脂可增加不平整安装表面的连接可靠性。 需要绝缘时可用绝缘螺栓和云母垫片来固定加速度计（图b），但垫圈应尽量簿。用一层簿蜡把加速度计粘在试件平整表面上（图c），也可用于温度低于40℃以下的场合。手持探针测振方法（图d）在多点测试时使用特别方便，但测量误差较大，重复性差，使用上限频率一般不高于 1000Hz。用专用永久磁铁固定加速度计（图e），使用方便，多在低频测量中使用。此法也可使加速度计与试件绝缘。用硬性粘接螺栓（图f）或粘接剂（图g）的固定方法也长使用。某种典型的加速度计采用上述各种固定方法的共振频率分别约为：钢螺栓固定法31kHz，云母垫片28kHz，涂簿蜡层29kHz，手持法2kHz，永久磁铁固定法7kHz。 压电式加速度传感器 6、 加速度计的接地问题 注意：单点接地 压电式加速度传感器 × √ 7、 加速度计的前置放大器 压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电压放大器就是高输入阻抗的比例放大器。其电路比较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以电容作负反馈，使用中基本不受电缆电容的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元器件，输入阻抗高，但价格也比较贵. 8、 电荷放大器作用 阻抗变换 物理量转换 输出归一化 压电式加速度传感器 9、 压电加速度计的类型 低阻抗电压模式 目前大部分压电式加速度计在壳体内都集成放大器，由它来完成阻抗变换的功能。这类内装集成放大器的加速度计可使用长电缆而无衰减，并可直接与大多数通用的仪表、计算机等连接。一般采用2线制，即用2根电缆给传感器供给 2～10mA的恒流电源，而输出信号也由这2根电缆输出，大大方便了现场的接线 。 智能式 内置芯片，出厂时，将传感器的序列号，生产厂家，灵敏度等参数储存在芯片里，分析仪可直接识别出这些参数，这对多点测量非常方便。 高阻抗电荷模式 输出阻抗很高，必须接前置放大器，但环境适应性强，尤其适合于高低温，高冲击试验