压电加速度计

1、压电式加速度计压电式加速度计 现代工业和自动化生产过程中，动态测试中振动和冲击的精确测量很重要。常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。采用压电式加速度传感器振动测试系统具有较高的准确性和应用推广价值，并具有结构简单，成本低，性能稳定等优点。压电加速度计的结构设计压电加速度计的结构设计工作原理工作原理 如果加速度传感器的固有频率是n，为了使加速度传感器正常工作，被测振动的频率应该远低于加速度传感器的固有频率，即 n。由于输入和惯性质量块与基座之间的相对运动z01成比例，加速度传感器的压电元件片受到交变压力后z01将和加速度成正比。所以加速度传感器就能输出与被测振动加速度成比例的电荷。这就是压

2、电式加速度传感器的工作原理。质 量 块压 电元 件支 座输 出引 线 压电加速度传感器原理图 压电加速度传感器的灵敏度压电加速度传感器的灵敏度 压电加速度计属发电型传感器，可把它看成电压源或电荷源，故灵敏度有电压灵敏度和 电荷灵敏度两种表示方法。前者是加速度计输出电压（mV）与所承受加速度之比；后者是加速度计输出电荷与所承受加速度之比。 加速度单位为m/s2，但在振动测量中往往用标准重力加速度g作单位，1g= 9.80665m/s2。这是一种已为大家所接受的表示方式，几乎所有 测振仪器都用g作为加速度单位并在仪器的板面上和说明书中标出。 对给定的压电材料而言，灵敏度随质量块的增大或压电元件的增

3、多而增大。一般来说，加速度计尺寸越大 ，其固有频率越低。因此选用加速度计时应当权衡灵敏度和结构尺寸、附加质量的影响和频率响应特性之间的利弊。 压电晶体加速度计的横向灵敏度表示它对横向（垂直于加速度计轴线）振动的敏感程度，横向灵敏度常以主灵敏度（即加速度计的电压灵敏度或电荷灵敏度）的百分比表示。一般在壳体上用小红点标出最小横向灵敏度方向，一个优良的加速度计的横向灵敏度应小于主灵敏度的3%。因此，压电式加速度计在测试时具有明显的方向性。频率特性频率特性 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率 一般小阻尼(z=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

4、（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。但共振频率与加速度计的固定状况有关，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。 加速度传感器的安装方法加速度传感器的安装方法 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 压电加速度传感器的前置放大器压电加速度传感器的前置放大器 压电元件受力后产生的电荷量极其微弱，这电荷使压电元件边界和接在边

5、界上的导体充电 到电压U=q/Ca（这里Ca是加速度计的内电容）。要测定这样微弱的电荷（或电压）的关键是防止导线、测量电路和加速度计本身的电荷泄漏。换句话讲，压电加速度计所用的前置放大器应具有极高的输 入阻抗，把泄漏减少到测量准确度所要求的限度以内。 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。 从压电式传感器的力学模型看，它具有“低通”特性，原可测量极低频的振动。但实际上由于低频尤其小振幅振动时，加速度 值小，传感器的灵敏度有限，因此输出的信号将很微弱，信噪比很低；另外电荷的泄漏，积分电路的漂移（用于测振动速度和位 移）、器件的噪声都是不可避免的，所以实际低频端也出现“截止频率”，约为0.11Hz左右。 微电子技术的发展，已提供了体积很小、