傳感器的靈敏度和量程的選擇——易福門

傳感器的靈敏度是傳感器的最基本目標之一。靈敏度的巨細直接影響到傳感器對振蕩信號的丈量。不難理解，傳感器的靈敏度應根據被測振蕩量(加速度值)巨細而定，但由于壓電加是丈量振蕩的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號巨細相差甚大。

傳感器的靈敏度和量程的選擇——易福門

　　大型結構的低頻振蕩其振蕩量的加速度值可能會適當小，例如當振蕩位移為1mm, 頻率為1Hz的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振蕩當位移為0.1mm，頻率為10kHz的信號其加速度值可達4x105m/s2(40000g)。

　　因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的丈量量程規模，但對用于丈量凹凸兩頭頻率的振蕩信號，挑選加速度傳感器靈敏度時應對信號有充分的估量。最常用的振蕩丈量壓電式加速度計靈敏度，電壓輸出型(IEPE型)為50——100mV/g，電荷輸出型為10——50pC/g。

　　量程規模

　　加速度值傳感器的丈量量程規模是指傳感器在必定的非線性差錯規模內所能丈量的最大丈量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性差錯大多為1%。作為一般準則，靈敏度越高其丈量規模越小，反之靈敏度越小則丈量規模越大。

　　電壓/電荷輸出型

　　IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的丈量規模是由在線性差錯規模內所答應的最大輸出信號電壓所決定，最大輸出電壓量值一般都為±5V。經過換算就可得到傳感器的最大量程，即等于最大輸出電壓與靈敏度的比值。需求指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性差錯巨細影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的限制。當供電電壓與偏置電壓的差值小于目標給出的量程電壓時，傳感器的最大輸出信號就會發生畸變。因此IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓安穩與否不只影響到低頻丈量也可能會使信號失真；這種現象在凹凸溫丈量時需求特別注意，當傳感器的內置電路在非室溫條件下不安穩時，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而形成丈量信號忽大忽小。

　　而電荷輸出型丈量規模則受傳感器機械剛度的限制，在相同的條件下傳感靈敏芯體受機械彈性區間非線性限制的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需經過試驗來確定。一般情況下當傳感器靈敏度高，其靈敏芯體的質量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。一起因質量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發傳感器靈敏芯體的諧振信號，成果使諧振波疊加在被測信號上形成信號失真輸出。因此在最大丈量規模挑選時，也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，防止傳感器的諧振分量產生。一起在量程上應有足夠的安全空間以保證信號不產生失真。

　　靈敏度標定

　　加速度傳感器靈敏度的標定辦法一般采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率(一般為159Hz或80Hz)振蕩的輸出與標準傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對沖擊傳感器的靈敏度則經過丈量被校傳感器對一系列不同沖擊加速度值的輸出呼應，獲得傳感器在其丈量規模內輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對應關系，再經過數值核算獲得與各點之間差值最小的直線，而這直線的斜率便是傳感器的沖擊靈敏度。

　　非線性差錯表明

　　沖擊傳感器的非線性差錯能夠有兩種辦法表明：全量程差錯或按分段量程的線性差錯。前者是指傳感器的全量程輸出為基準的差錯百分數，即不管丈量值得巨細其差錯均為按全量程百分數核算而得的差錯值。按分段量程的線性差錯其核算辦法與全量程差錯相同，但基準不必全量程而是以分段量程來核算差錯值。例如量程為20000g的傳感器，如全量程差錯為1% ，其線性差錯在全量程內為200g；但當傳感器按分段量程5000g、10000g、20000g來衡量其線性差錯，其差錯仍為1%時，則傳感器在不同的3個量程段內線性差錯則分別為50g、100g、200g。

　　丈量頻率規模

　　傳感器的頻率丈量規模是指傳感器在規定的頻率呼應幅值差錯內(±5%, ±10%, ±3dB)傳感器所能丈量的頻率規模。頻率規模的高，低限分別稱為高，低頻到頻率。到頻率與差錯直接相關，所答應的差錯規模大則其頻率規模也就寬。

　　作為一般準則，傳感器的高頻呼應取決于傳感器的機械特性，而低頻呼應則由傳感器和后繼電路的綜合電參數所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，分量輕，反之用于低頻丈量的高靈敏度傳感器相對來說則必定體積大和分量重。

　　高頻丈量規模

　　傳感器的高頻丈量目標一般由高頻截止頻率來確定，而必定截止頻率與對應的幅值差錯相聯系。所以，傳感器選用時不能只看到頻率，有必要了解對應的幅值差錯值。傳感器的頻率幅值差錯小不只是丈量精度提高，更重要的是體現了傳感器制作過程中操控裝置精度差錯地才能。

　　另外由于丈量目標的振蕩信號頻率帶較寬，或傳感器的固有諧振頻率不夠高，因而被激發的諧振信號波可能會疊加在丈量頻帶內的信號上，形成較大的丈量差錯。所以在挑選傳感器的高頻丈量規模時除高頻到頻率外，還應考慮諧振頻率對丈量信號的影響。當然，這種丈量頻段外的信號也可經過在丈量系統中濾波器給予消除。

　　一般情況下傳感器的高頻截止頻率與輸出信號的方式(即電荷型或低阻電壓型)無關；而與傳感器的結構設計，制作以及裝置方式和裝置質量都密切相關。

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