根本的加快度传感器类型

总的来说有两类加快度传感器:交换响应加快度传感器直流响应加快度传感器 对于多半工程应用来说，选择合适的测试对象将对测试结不雅产生很大年夜的影响。本文将赞助读者精确的选择加快度传感器。让我们大年夜传感器的分类和道理开端。

作为交换响应的加快度传感器，正如它的名称，它的输出是交换耦合的。词攀类传感器不克不及用来测试静态的加快度，比如重力加快度和离心加快度。他们仅合适测量动态事宜。而直流响应的加快度传感器，具有直流耦合输出，可以或许响应低至0赫兹的加快度旌旗灯号。是以直流响应的加快度传感器合适同时测试静态和动态的加快度。并不是只有须要测试静态加快度史磁选择直流响应的加快度传感器。

加快度，速度，位移

很多对于振动的研究须要获取加快度，速度和位移的信息，这些是工程师们设计和验证构造时所须要的重要信息。一般说来，加快度供给了很好的参考，而速度和位移倒是计算时所需的变量。为了大年夜加快度计算出速度和位移，大年夜传感器输出的加快度旌旗灯号会经由过程数字或模仿的情势分别做一次和二次积分。这就可能导致了交换耦合的传感器会产生问题。为了演示这个问题，假想采取交换传感器测量一个宽脉冲半正弦波旌旗灯号。因为固有的交换RC时光常数的限制，传感器的输出不克不及很好跟输入脉冲吻合。同样的原因，在脉冲的停止点，传感器输出将产生一个负向零点偏移。下图展示了传感器的输出（红色的曲线）和宽脉冲半正弦加快度输入（蓝色曲线）的关系。

这个看似渺小的幅度上的差别在积分之后将产生重大年夜的误差1。直流响应的加快度传感器却没有如许的问题，因为其输出可以或许精确的跟随迟缓变更的输入。在实际的日常应用中，输入旌旗灯号可能不是纯真的半正弦脉冲，然则用交换耦合的传感器测试任何迟缓变更的旌旗灯号时如许的问题始终会存在。
注释及参考文献

如今我们看看各类常用的加快度传感器技巧。

交换响应加快度传感器

最常用的交换响应加快度传感器是采取压电元件作为其敏感单位的。当有加快度输入时，传感器中的检测质量块“移动”使压电元件产生正比于输入加快度的电荷旌旗灯号。大年夜电学角看，压电元件如同一个有源的电容器，其内阻在10x9欧姆级别。由内阻和电容决定了RC时光常数，这也决定了传感器的高频经由过程特点。因为这个原因，压电加快度传感器不克不及用于测量静态事宜。压电元件可来自于天然界或人造。它们有不合的旌旗灯号转换效力和线性。市场上有两类压电加快度传感器－电荷输出型，电压输出型。
电荷输出型加快度传感器

重要的压电加快度传感器采取锆钛酸盐陶瓷，具有很宽的工作温度范围，宽的动态量程，宽的频率范围（可用频率>10kHz）。电荷输出型加快度传感器把压电陶瓷封装在具有气密性的金属外壳中。因为具有抵抗严格情况的才能，其具有异常好的经久性。因为其具有很高的阻抗，该传感器须要合营电荷放大年夜器和低噪声樊篱电缆应用，最好是同轴电缆。低噪声电缆是指其具有低的摩擦电噪声2，这是一种活动产生的来自电缆本身的噪声。很多传感器厂家同时供给这种低噪声电缆。电荷放大年夜器和电荷输出型加快度传感器连接，大年夜而可以清除电缆电容和传感器电容并联带来的影响。合营先辈的电荷放大年夜器，电荷输出型加快度传感器很轻易实现宽的动态响应（>120dB）。因为压电陶瓷的工作温度范围很宽，有些传感器可以用于-200°C到+400°C，甚至更宽温度的情况。它们特别合适极限温度下的┞否动测试，如涡轮引擎的监测。

电压输出型加快度传感器

另一种压电加快度传感器输出电压旌旗灯号而不是电荷旌旗灯号。这种传感器的内部包含了电荷放大年夜器。电压模式的传感器有3线式（旌旗灯号，地，电源）和2线式（旌旗灯号/电源，地）。2线式又被称为集成电路式压电传感器（IEPE）。因为可以便利的采取同轴线（2线，芯线和樊篱线）连接，IEPE异常风行。该模式下，交换旌旗灯号叠加在直流电源上。在输出端串联一个耦合电容可以或许去掉落传感器的直流偏置电压，大年夜而仅获得传感器旌旗灯号输出。很多现代仪器供给IEPE/ICP3输入接口，大年夜而可以和IEPE传感器直接连接。如不雅IEPE供电接口弗采取，须要一个带有恒流源的旌旗灯号放大年夜器和IEPE传感器一期应用。3线式传感器则须要一根零丁的直流电源线供电。

与电荷输出型加快度传感器不合的是，除了压电陶瓷元件，电压输出型加快度传感器包含一个微型电路，电路的工作温度范围限制了传感器的┞符体工作温度范围，平日不跨越125°C。也有一些设计进步到了175°C，但其在其它机能方面会有所降低。

可用动态范围－因为压电陶瓷元件具有极宽的动态范围，电荷输出型加快度传感器在量程定义上显得十分灵活，因为其满量程可以经由过程长途的电荷放大年夜器由用户自由调节。而电压输出型加快度传感器具有既定的满量程，其决定于内部的电荷放大年夜器，一旦由工厂临盆出来，将不再能改变。


压电加快度传感器可以制成很小的封装，是以合适做轻构造的动态测试。

直流响应加快度传感器

两种技巧经常被用来制造直流响应加快度传感器：电许可压阻型
压阻型加快度传感器是另一种广泛应用的直流响应加快度传感器。不合于电许可加快度传感器经由过程电容的变更测量加快度，压阻型加快度传感器经由过程应变电阻值的变更输出加快度旌旗灯号，应变电阻是传感器惯性感应体系的一部分。很多工程师熟悉应变片，并知道若何测量其输出。大年夜多半的压阻型传感器对温度变更敏感，因而须要对其输出旌旗灯号在传感器内部或外部做温度补偿。现代压阻型加快度传感器包含一个专用集成电路做在板旌旗灯号处理，也包含温度补偿。

电许可

电许可（随加快度变更，由检测质量块引起电容变更）加快度传感器在当今是最通用的。在某些范畴无可替代，如安然气囊棘手机移动设备等。高的产量使得该类传感器英国沃森WSEN进口传感器成本低廉。然则这种低成本的传感器受制于较低的信噪比，有限的动态范围。所有的电许可加快度传感器都具有内部时钟，该时钟(~500kHz)是检测电路必弗成少的部分，因为泄漏经常会对输出旌旗灯号产生干扰。这种噪声的频率远高于测量旌旗灯号的频率，一般不会对测量结不雅造成影响，然则它始终和测试旌旗灯号叠加在一路。因为内置了放大年夜器芯片，其一般具有3线（或4线差分输出）接口。只要有直流供电便能工作。

电许可加快度传感器的工作带宽一般限制在几百Hz，部分原因是其具有大年夜的内部构造和重的空气阻尼。电许可加快度传感器合适测量低量程的加快度，其上限一般在100g以内。除了这些限制，现代的电许可加快度传感器，特别是仪用级其余器件，具有很好的线性和高的稳定性。

电许可加快度传感器平日合适板载测试，成本低是一个原因。对于低频袈渌动测试，加快度一般也低，它们是一个幻想的选择。例如土木工程中的┞否动测试。

压阻型


压阻型加快度传感器的工作频率可达5000Hz。很多压阻型加快度传感器要么采取空气阻尼（MEMS型），要么采取液体阻尼（粘贴应变片型）。阻尼特点是选择传感器的一个重要身分。某些应用下，输入的机忻魅振动包含高频成份（或激发高频响应），带阻尼的传感器可以防止本身产生振铃（谐振），大年夜而保存或增大年夜了可用动态范围。因为压阻型加快度传感器的输出是差分的纯电阻信息，信噪比平日很好；其动态范围仅受限于后接直流放大年夜器的品德。对于高加快度冲击测试，某些压阻型加快度传感器可以或许测量到超出10000g的加快度。

因为具有宽的频率响应才能。压阻型加快度传感器合适做脉冲、碰撞测试，在这些测试中频率和加快度平日都很高。作为具有直流响应才能的传感器，经由过程其加快度输出，应用者可以获得无积分误差的速度和位移信息。压阻型加快度传感器平日应用于汽车安然测试，兵器测试，地动测试等。
小结

每种加快度传感器技巧都有其优缺点。在作出选择之前，明白它们的差别和测试需求是异常重要的。起首也是最重要的是，对于须要测量静态加快度或低频加快度（<1Hz）的应用，或者须要用加快度计算速度和位移的应用，须要选择具有直流响应的加快度传感器。直流和交换响应的加快度传感器都可以测量动态旌旗灯号。当局须要测量动态旌旗灯号时，应用者可以各取所好。有些应用者不爱好处理直流响应加快度传感器的零点偏置，而加倍爱好交换耦合、单端输出的压电加快度传感器。而另一些应用者不在乎处理零点偏置，习惯3线或4线接口，爱好负载电阻自检测试（shunt），和重力加快度自检测试（2g翻转）功能。他们会选择直流响应加快度传感器。

总的来说：电荷输出模式的压电加快度传感器是最经久的一种设计，这重要因为它构造简单，材料稳定靠得住。对于高温(>125°C)动态测试，电荷输出模式的压电加快度传感器是毫无疑问的选择，也是独一的选择。对于电荷输出模式的压电加快度传感器，配备低噪声同轴电缆和电荷放大年夜器（或在线电荷转换器）是必须的。

电压输出型压电加快度传感器是最常用于动态测试的。其具有小的尺寸，宽的带宽，内置电荷放大年夜器使得其与现有仪器或数据采集器（具有IEPE/ICP接口）可以直接连接。电压输出型压电加快度传感器一般用于125°C以下的应用，然则因为其输出阻抗低，不须要应用低噪声同轴电缆。

电许可加快度传感器平日设计成零界阻尼或过阻尼状况，合适做低频测试。其低成本，SMD封装的器件合适汽车、花费品等大年夜批量的应用，这些应用对精度的请求往往不高。价格更昂贵的仪用级其余MEMS构造电许可加快度传感器具有优胜的零点稳定性和较低的噪声。电许可加快度传感器一般都具有低的输出阻抗，2～5V的输出摆幅，须要稳定的直流电压供电。
A.G.Piersol,T.L.Paez,Harris’ShockandVibrationHandbook6thEd.,p.10.9,McGraw-Hill,2010

压阻型加快度传感器种类很多，具有不合的频率响应范围和动态范围。作为具有直流响应的传感器，它们可以或许测试静态加快度，进而精确的计算速度和位移。压阻型加快度传感器的频率响应带宽足够做大年夜部分的动态测试。它们的阻尼可以设计成不合值（=0.1～0.8），这使得它们适应不合的测试前提，包含冲击测试。纯压阻型加快度传感器（不包含旌旗灯号疗养电路）可以制造得很小很轻，具有中等输出阻抗(<5000)和100～200mV的满量程输出。而带放大年夜的压阻型加快度传感器（内置旌旗灯号疗养芯片）具有较低的输出阻抗(<100)和2～5V的满量程输出。

A.G.Piersol,T.L.Paez,Harris’ShockandVibrationHandbook6thEd.,p.15.19,McGraw-Hill,2010

ICP是PCB公司经注册的商标.市场上有很多不合公司关于词攀类传感器的商标.