传感器的灵敏度和量程的选择——易福门

传感器的灵敏度是传感器的最基本目标之一。灵敏度的巨细直接影响到传感器对振荡信号的丈量。不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振荡量(加速度值)巨细而定，但由于压电加是丈量振荡的加速度值，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巨细相差甚大。

　　大型结构的低频振荡其振荡量的加速度值可能会适当小，例如当振荡位移为1mm, 频率为1Hz的信号其加速度值仅为0.04m/s2(0.004g)；然而对高频振荡当位移为0.1mm，频率为10kHz的信号其加速度值可达4x105m/s2(40000g)。

　　因此尽管压电式加速度传感器具有较大的丈量量程规模，但对用于丈量凹凸两头频率的振荡信号，挑选加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估量。最常用的振荡丈量压电式加速度计灵敏度，电压输出型(IEPE型)为50——100mV/g，电荷输出型为10——50pC/g。

　　量程规模

　　加速度值传感器的丈量量程规模是指传感器在必定的非线性差错规模内所能丈量的最大丈量值。通用型压电加速度传感器的非线性差错大多为1%。作为一般准则，灵敏度越高其丈量规模越小，反之灵敏度越小则丈量规模越大。

　　电压/电荷输出型

　　IEPE电压输出型压电加速度传感器的丈量规模是由在线性差错规模内所答应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。经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。需求指出的是IEPE压电传感器的量程除受非线性差错巨细影响外，还受到供电电压和传感器偏置电压的限制。当供电电压与偏置电压的差值小于目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安稳与否不只影响到低频丈量也可能会使信号失真；这种现象在凹凸温丈量时需求特别注意，当传感器的内置电路在非室温条件下不安稳时，传感器的偏置电压很可能不断缓慢地漂移而形成丈量信号忽大忽小。

　　而电荷输出型丈量规模则受传感器机械刚度的限制，在相同的条件下传感灵敏芯体受机械弹性区间非线性限制的最大信号输出要比IEPE型传感器的量程大得多，其值大多需经过试验来确定。一般情况下当传感器灵敏度高，其灵敏芯体的质量块也就较大，传感器的量程就相对较小。一起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灵敏芯体的谐振信号，成果使谐振波叠加在被测信号上形成信号失真输出。因此在最大丈量规模挑选时，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，防止传感器的谐振分量产生。一起在量程上应有足够的安全空间以保证信号不产生失真。

　　灵敏度标定

　　加速度传感器灵敏度的标定办法一般采用比较法检定，被校传感器在特定频率(一般为159Hz或80Hz)振荡的输出与标准传感器读得加速度值的比即为传感器灵敏度。而对冲击传感器的灵敏度则经过丈量被校传感器对一系列不同冲击加速度值的输出呼应，获得传感器在其丈量规模内输入冲击加速度值和电输出之间的对应关系，再经过数值核算获得与各点之间差值最小的直线，而这直线的斜率便是传感器的冲击灵敏度。

　　非线性差错表明

　　冲击传感器的非线性差错能够有两种办法表明：全量程差错或按分段量程的线性差错。前者是指传感器的全量程输出为基准的差错百分数，即不管丈量值得巨细其差错均为按全量程百分数核算而得的差错值。按分段量程的线性差错其核算办法与全量程差错相同，但基准不必全量程而是以分段量程来核算差错值。例如量程为20000g的传感器，如全量程差错为1% ，其线性差错在全量程内为200g；但当传感器按分段量程5000g、10000g、20000g来衡量其线性差错，其差错仍为1%时，则传感器在不同的3个量程段内线性差错则分别为50g、100g、200g。

　　丈量频率规模

　　传感器的频率丈量规模是指传感器在规定的频率呼应幅值差错内(±5%, ±10%, ±3dB)传感器所能丈量的频率规模。频率规模的高，低限分别称为高，低频到频率。到频率与差错直接相关，所答应的差错规模大则其频率规模也就宽。

　　作为一般准则，传感器的高频呼应取决于传感器的机械特性，而低频呼应则由传感器和后继电路的综合电参数所决定。高频截止频率高的传感器必然是体积小，分量轻，反之用于低频丈量的高灵敏度传感器相对来说则必定体积大和分量重。

　　高频丈量规模

　　传感器的高频丈量目标一般由高频截止频率来确定，而必定截止频率与对应的幅值差错相联系。所以，传感器选用时不能只看到频率，有必要了解对应的幅值差错值。传感器的频率幅值差错小不只是丈量精度提高，更重要的是体现了传感器制作过程中操控装置精度差错地才能。

　　另外由于丈量目标的振荡信号频率带较宽，或传感器的固有谐振频率不够高，因而被激发的谐振信号波可能会叠加在丈量频带内的信号上，形成较大的丈量差错。所以在挑选传感器的高频丈量规模时除高频到频率外，还应考虑谐振频率对丈量信号的影响。当然，这种丈量频段外的信号也可经过在丈量系统中滤波器给予消除。

　　一般情况下传感器的高频截止频率与输出信号的方式(即电荷型或低阻电压型)无关；而与传感器的结构设计，制作以及装置方式和装置质量都密切相关。

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