常用的加速度傳感器技術
加速度傳感器 / 2014-08-13
交流響應加速度傳感器最常用的交流響應加速度傳感器是采用壓電元件作為其敏感單元的。當有加速度輸入時，傳感器中的檢測質量塊“移動”使壓電元件產生正比于輸入加速度的電荷信號。從電學角看，壓電元件如同一個有源的電容器，其內阻在10x9歐姆級別。由內阻和電容決定了RC時間常數，這也決定了傳感器的高頻通過特性。由于這個原因，壓電加速度傳感器不能用于測量靜態事件。壓電元件可來自于自然界或人造。它們有不同的信號轉換效率和線性。
市場上有兩類壓電加速度傳感器-電荷輸出型，電壓輸出型。
電荷輸出型加速度傳感器主要的壓電加速度傳感器采用鋯鈦酸鹽陶瓷，具有很寬的工作溫度范圍，寬的動態量程，寬的頻率范圍(可用頻率>10kHz)。電荷輸出型加速度傳感器把壓電陶瓷封裝在具有氣密性的金屬外殼中。由于具有抵抗嚴酷環境的能力，其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗，該傳感器需要配合電荷放大器和低噪聲屏蔽電纜使用，最好是同軸電纜。低噪音電纜是指指其具有低的摩擦電噪聲，這是一種運動產生的來自電纜本身的噪聲。很多傳感器廠家同時提供這種低噪聲電纜。電荷放大器和電荷輸出型加速度傳感器連接，從而可以消除電纜電容和傳感器電容并聯帶來的影響。配合先進的電荷放大器，電荷輸出型加速度傳感器很容易實現寬的動態響應(>120dB)。由于壓電陶瓷的工作溫度范圍很寬，有些傳感器可以用于-200°C到+400°C，甚至更寬溫度的環境。它們特別適合極限溫度下的振動測試，如渦輪引擎的監測。
電壓輸出型加速度傳感器另一種壓電加速度傳感器輸出電壓信號而不是電荷信號。這種傳感器的內部包含了電荷放大器。電壓模式的傳感器有3線式(信號，地，電源)和2線式(信號/電源，地)。2線式又被稱為集成電路式壓電傳感器(IEPE)。由于可以方便的采用同軸線(2線，芯線和屏蔽線)連接，IEPE非常流行。該模式下，交流信號疊加在直流電源上。在輸出端串聯一個耦合電容能夠去掉傳感器的直流偏置電壓，從而僅獲得傳感器信號輸出。許多現代儀器提供IEPE/ICP輸入接口，從而可以和IEPE傳感器直接連接。如果IEPE供電接口不可用，需要一個帶有恒流源的信號放大器和IEPE傳感器一期使用。3線式傳感器則需要一根單獨的直流電源線供電。與電荷輸出型加速度傳感器不同的是，除了壓電陶瓷元件，電壓輸出型加速度傳感器包含一個微型電路，電路的工作溫度范圍限制了傳感器的整體工作溫度范圍，通常不超過125°C。也有一些設計提高到了175°C，但其在其它性能方面會有所下降。可用動態范圍-由于壓電陶瓷元件具有極寬的動態范圍，電荷輸出型加速度傳感器在量程定義上顯得十分靈活，因為其滿量程可以通過遠程的電荷放大器由用戶自由調節。而電壓輸出型加速度傳感器具有既定的滿量程，其決定于內部的電荷放大器，一旦由工廠生產出來，將不再能改變。
