压电式加速度传感器的信号输出形式
电荷输出型
传统的压电加速度计通过内部敏感芯体输出一个与加速度成正比的电荷信号。实际使用中传感器输出的高阻抗电荷信号必须通过二次仪表将其转换成低阻抗电压信号才能读取。由于高阻抗电荷信号非常容易受到干扰,所以NA12-0.3kg传感器到二次仪表之间的信号传输必须使用低噪声屏蔽电缆。由于电子器件的使用
温度范围有限,所以高温环境下的测量一般还是使用电荷输出型。北智BW-Sensor采用进口陶瓷的加速度计可在温度-40oC~250oC 范围内长期使用。
低阻抗电压输出型(IEPE)
IEPE 型压电加速度计即通常所称的ICP 型压电加速度计。压电传感器换能器输出的电荷通过装在传感器内部的前置放大器转换成低阻抗的电压输出。IEPE 型传感器通常为二线输出形式,即采用恒电流电压源供电;直流供电和信号使用同一根线。通常直流电部分在恒电流电源的输出端通过高通滤波器滤去。IEPE 型NA12-0.3kg传感器的最大优点是测量信号质量好、噪声小、抗外界干扰能力强和远距离测量,特别是新型的数采系统很多已配备恒流电压源,因此,IEPE 传感器能与数采系统直接相连而不需要任何其它二次仪表。在振动测试中IEPE 传感器已逐渐取代传统的电荷输出型压电加速度计。
传感器的灵敏度,量程和频率范围的选择
压电型式的加速度计是振动测试的最主要NA12-0.3kg传感器。虽然压电型加速度计的测量范围宽,但因市场上此类加速度计品种繁多,所以给正确的选用带来一定的难度。作为选用振动传感器的一般原则:正确的选用应该基于对测量信号以下三方面的分析和估算。
a.被测振动量的大小
b.被测振动信号的频率范围
c.振动测试现场环境
以下将针对上述三个方面并参照传感器的相关技术指标对具体的选用作进一步地讨论
传感器的灵敏度与量程范围
NA12-0.3kg传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一。灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。不难理解,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 105m/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。最常用的振动测量压电式加速度计灵敏度,电压输出型(IEPE 型)为50~100 mV/g,电荷输出型为10 ~ 50 pC/g。
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。
IEPE电压输出型压电加速度传感器的测量范围是由在线性误差范围内所允许的最大输出信号电压所决定,最大输出电压量值一般都为±5V。通过换算就可得到传感器的最大量程,即等于最大输出电压与灵敏度的比值。需要指出的是IEPE压电传感器的量程除受非线性误差大小影响外,还受到供电电压和传感器偏置电压的制约。当供电电压与偏置电压的差值小于传感器技术指标给出的量程电压时,传感器的最大输出信号就会发生畸变。因此IEPE 型加速度传感器的偏置电压稳定与否不仅影响到低频测量也可能会使信号失真;这种现象在高低温测量时需要特别注意,当传感器的内置电路在非室温条件下不稳定时,传感器的偏置电压很可能不断缓慢地漂移而造成测量信号忽大忽小。而电荷输出型测量范围则受传感器机械刚度的制约,在同样的条件下NA12-0.3kg传感敏感芯体受机械弹性区间非线性制约的最大信号输出要比IEPE型传感器的量程大得多,其值大多需通过实验来确定。一般情况下当传感器灵敏度高,其敏感芯体的质量块也就较大,传感器的量程就相对较小。同时因质量块较大其谐振频率就偏低这样就较容易激发传感器敏感芯体的谐振信号,结果使谐振波叠加在被测信号上造成信号失真输出。因此在最大测量范围选择时,也要考虑被测信号频率组成以及传感器本身的自振谐振频率,避免传感器的谐振分量产生。同时在量程上应有足够的安全空间以保证信号不产生失真。