10、压电加速度计的原理、应用与特性分析

压电加速度计的原理、应用与特性分析

1. 加速度计类型与安装考量

加速度计的安装，包括其电缆和导线的连接，会导致可用频率范围变窄。因此，多轴设计的使用必须由测量任务明确驱动。以下是几种常见的加速度计类型：
- 单个安装在立方体上的传感器 ：这是一种简单的解决方案，其优点是现有的传感器也可作为单个传感器用于其他测量任务。
- 组合不同空间方向极化的单个传感器 ：通过组合在不同空间方向极化的单个传感器（例如根据剪切类型），可以在一个共同的安装装置中测量两个或三个空间方向的加速度。
- 多轴单质量传感器 ：在这种传感器中，一个带有三个压电元件的质量块构成一个传感器。这种设计可以实现非常轻便和紧凑的传感器，但单个传感器的更换不太容易，一个有缺陷的单个传感器会导致整个传感器失效。

2. 信号调理

压电加速度计的输出信号在进行进一步信号处理之前必须进行调理，主要有两个原因：
- 电缆电容包含在电压中。
- 高阻抗导致对环境干扰高度敏感。

这两个原因使得在信号调理中需要使用特殊的放大器电路。以下是几种常见的放大器类型：

2.1 静电计放大器

压电加速度计可以直接在高阻抗放大器输入上运行。这是历史上最古老的电路技术，但随着电荷放大器和IEPE传感器的出现，这种电路几乎已无关紧要。该电路的上截止频率在MHz范围内，适用于高动态范围应用。然而，其缺点是测量值取决于电缆电容，因此每次更换电缆或改变电缆长度时，整个测量链都必须重新校准。此外，高阻抗输入对干扰变量（如电磁场）敏