加速度传感器原理、结构、使用方法等介绍

►加速度传感器原理

►加速度传感器使用方法

►加速度传感器型号分类

►加速度传感器应用领域

振动传感器的分类：

振动测量中有加速度、速度、位移的测量。其中压电型加速度传感器在振动和冲击检测的各个领域中使用最多。

加速度传感器的特征：

与应变计式和动电式等其他方式传感器比较：

►灵敏度高、体积小

►带域宽、从低频到高频都能检测

►测定范围宽，从微弱信号到大的振动都能检测

►机械强度高

►环境适应性好

►不需要电源（非内置前放）

与声发射传感器比较：

►检测低频信号

►检测更强的信号

►信号具有指向性

►非内置放大加速度传感器为电荷输出

加速度传感器原理：

压电元件是受到惯性力F后会产生电荷的功能材料，其压电常数的定义如下：

所以，电荷Q=d*F；其中Q为电荷量，d为压电常数，F为受到的力。

压电型加速度传感器的机构如右图所示，压电陶瓷受到的力主要是质量块随震动产生的惯性力。 根据牛顿第二定律F=m*a；惯性力等于质量快质量乘以加速度。

将以上两个公式进行组合可得到Q=d*m*a；其中，d和m在当加速度传感器的压电陶瓷材料和质量块的质量确定之后就是固定值。

在传感器的可测范围之内，Q和a呈线性关系，可通过电荷Q来表征加速度值。 

连接示例：

 

 

电荷输出型加速度传感器是高阻抗的电荷信号，在送入测量仪器之前需要转换成低阻抗的电压信号。

传感器的固定方法：

 

将加速度传感器安装在振动体上形成一个振动系，该系的固有频率叫做接触共振频率。接触共振频率和加速度传感器的安装固定方式密切相关。

►螺钉固定：最理想的固定方法

►粘结剂固定：精加工面上用粘结剂固定，操作得当，可接近螺钉固定的效果

►胶带固定：适用于振动频率低振幅小时的一种便利方法

►绝缘螺栓固定：绝缘螺栓使加速度传感器和被测物电气绝缘，噪音小，操作得当，可接近螺钉固定的效果

►磁铁固定：被测定物是能吸磁的金属时的一种便利方法

►探触棒：在不方便其他安装方式下使用，100mm探触棒在1kHz以下的低频振动检测十分实用

术语解释：

 1、电荷灵敏度

压电体受力后被充电，其电荷量由电荷灵敏度表示。电荷灵敏度用于振动检测时，使用电荷放大器将电荷变换成电压。1pC/m/s2=10pC/g。

2、电压灵敏度

放大器内藏型的加速度传感器的灵敏度就是指电压灵敏度，输出是电压信号。电压灵敏度受电缆电容的影响，灵敏度随电缆增长而降低。 1mV/m/s2=10mV/g

3、共振频率

构成部件的边界发生共振现象，对于压电型加速度传感器，主要在检测单元和传感器的安装部分发生，传感器灵敏度越高共振频率越低。

4、频率范围

加速度传感器可测定的振动频率范围，低域截止频率fc由放大器的时间常数决定。Fc=1/2πRC，R为放大器输入阻抗，C为电容。

5、绝缘阻抗

指加速度传感器输出端和传感器外壳与浮筒间的绝缘阻抗。

6、接地噪声

如果有两个或两个以上的接地端的时候，那么噪声可能从接地端引入，系统只设一个接地端或者使用绝缘加速度传感器/绝缘螺栓可消除。

7、热电灵敏度

压电陶瓷和热电传感器用的元件有相同的组成，温度变化会产生电荷，几Hz以下的测定必须注意。

8、最大使用加速度

压电型加速度传感器的动态范围很宽。最大使用加速度需满足两个条件：1是保证加速度和输出为线性，2是内藏放大器最大输出电压是否饱和。

9、横轴灵敏度

加速度传感器一般有一个灵敏度最大的轴，它叫做主轴灵敏度。其他轴（横轴）的灵敏度基本为零，但由于制作误差，也可能有输出出现，为串音，用串音除以主轴灵敏度的百分率表示。

10、底座应变灵敏度

在加速度传感器外壳上施加应力或者安装面上存在弯曲型应变时，位移会传递到压电元件安装面，产生电荷噪音。

11、耐冲击性

对于物理冲击的界限值。

12、传感器质量

传感器质量最好小于待测物的十分之一。

加速度传感器分类：

电荷输出型部分型号：

 

 

 

 

电压输出型部分型号：

 

 

 

三轴加速度传感器部分型号：

 

 

 

防水绝缘加速度传感器部分型号：

 

 

连接线：

三轴加速度传感器线

 

 

 

 

 

电荷转换器：

 

电荷转换器是将电荷输出型传感器的高阻抗电荷信号转变为低阻抗的电压信号，比电荷放大器要便宜很多。转换效率是1mV=1pC。

电荷转换器的连接图：

 

电荷转换器用恒流源：

某些加速度传感器内置了前级放大器，内置的放大器可以将传感器的信号转换为低阻抗的电压信号，因此不再需要外接电荷放大器。这种传感器需要采用恒流源供电，通常电流为0.5到5毫安，15伏至25伏直流电压。

 

 

 

加速度传感器灵敏度校正仪： 

 电荷型加速度传感器的输出是电荷量，电压输出型加速度传感器的输出是电压量。无论是电荷还是电压，我们需要得到的是加速度值。 其中，加速度=测得的电压(电荷)值/电压(电荷)灵敏度;       所以，电荷灵敏度的准确性直接影响最终得到的加速度值。        

MC-20便携式校正仪，可以直接标定出传感器在159.2Hz的振动频率下的灵敏度，非常方便。

 

 

加速度传感器的应用领域：