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壓電加速度計(jì)的使用方法
加速度傳感器專指壓電式，全稱為壓電加速度傳感器(又稱加速度計(jì))，這種產(chǎn)品是目前在振動(dòng)、沖擊測試工作中是應(yīng)用最廣泛的一種類型，這是得益于該產(chǎn)品的自身的特點(diǎn)：可靠性高、動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)寬、價(jià)格合格、安裝使用方便。壓電加速度傳感器采用壓電原理制造，傳感器內(nèi)部的壓電元件(壓電陶瓷、壓電石英)在感受振動(dòng)力變形后產(chǎn)生電荷，故壓電加速度傳感器早期是電荷量輸出，隨著電子技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在有將放大器內(nèi)置在壓電加速度傳感器內(nèi)，以電壓量輸出的產(chǎn)品又稱IC(或稱IEPE)加速度計(jì)。
一、靈敏度與量程
產(chǎn)品介紹中的靈敏度，是指該產(chǎn)品在一個(gè)g重力加速度(或9.8ms-2)加速度時(shí)輸出多少電荷量或電壓量，結(jié)合用戶最大測量加速度及后續(xù)儀器的增益、最大輸出電壓，可以估算出選用的傳感器靈敏度。
一般來說，為提高信噪比最好是提高加速度計(jì)靈敏度，但是由于靈敏度高會(huì)產(chǎn)生一些不利因素：增加傳感器重量、會(huì)降低測試量值、會(huì)對環(huán)境干擾更敏感、會(huì)降低信價(jià)比，下面給出一個(gè)參考型號供選擇：
1、地震。超大型結(jié)構(gòu)(高層建筑、橋梁、大壩等)的振動(dòng)量極小，會(huì)在0.01g~5g左右，可選用。
2、土木工程。大型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在0.1~10g左右，可選用
3、機(jī)械測試一般為幾十個(gè)g振動(dòng)，可選用。
4、沖擊一般都在100g以上，可選擇沖擊型產(chǎn)品。
二、頻率
加速度計(jì)具有較寬的頻率范圍，RC系列產(chǎn)品已給出了0.03Hz至>10KHz的產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)需要選擇，成品加速度計(jì)會(huì)給出二個(gè)頻率指標(biāo)，一個(gè)是使用頻率，指該加速度計(jì)可在某個(gè)頻率段內(nèi)使用(有效使用頻率范圍內(nèi)的幅值波動(dòng)在±10%、±5%、±3d)。另一個(gè)是諧振頻率，在該頻率段上幅值會(huì)大大增加，通常稱峰值最高點(diǎn)所對應(yīng)的頻率為諧振頻率。個(gè)別 場合會(huì)用到該頻率，如軸承測試。
加速度計(jì)的安裝方式不同會(huì)影響其測試頻率。剛性安裝(一般用于較精密測試)，這是加速度計(jì)標(biāo)定、檢測使用的方法。用螺栓將傳器固定在被測設(shè)備上，被測設(shè)備要求平整、光潔。傳感器貼合要完好，這需要在被測設(shè)備上與被測面垂直打孔、攻絲。有的設(shè)備或被測物不允許打孔，可采用其它方法。磁座安裝：將磁座擰在傳感器上，可快速吸合在被測物上，這種方法在機(jī)械行業(yè)居多。磁座的使用頻率會(huì)在原基礎(chǔ)上下降20%左右。應(yīng)注意磁座安裝的測試點(diǎn)溫度應(yīng)低于100℃為好，加速度值在50g左右，而且不適用沖擊測試。膠粘安裝：膠粘方法適合于多種場合，測試點(diǎn)溫度不宜高，502膠由于快速應(yīng)用較廣泛，雙面膠會(huì)使頻率下降80%，這對頻率要求不高的場合才適用。另外安裝方法也根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境有所不同，樁基低應(yīng)變檢測還采用口香糖、石膏粘接，手持式機(jī)械故障測試儀所用的傳感器有探針式。
盡管加速度計(jì)的安裝方式多種多樣，對頻率響應(yīng)的影響各異，但對靈敏度的影響甚微，可不考慮。
三、內(nèi)部結(jié)構(gòu)
加速度計(jì)產(chǎn)品由于生產(chǎn)工藝，晶體形式可分為壓縮型(壓電受壓縮或拉伸力產(chǎn)生電荷)和剪切型(壓電晶體受剪切力產(chǎn)生電荷)。又可細(xì)分為中心壓縮、側(cè)置中心壓縮、平面剪切(又稱隔離剪切)、環(huán)型剪切、三角剪切。頻響較高的加速度計(jì)一般是采用中心壓縮或環(huán)剪。剪切型對環(huán)境適應(yīng)好于壓縮型(即對基座應(yīng)變和壞境溫度的瞬變不敏感)。如測量速度或位移(與雙積分電荷放大器配接)，最好選用剪切型，信號穩(wěn)定性好。
四、內(nèi)置電路加速度計(jì)
內(nèi)置的概念是將放大電路置于加速度計(jì)內(nèi)，成為具有電壓輸出功能的傳感元件，它可分為四線制(正負(fù)電源、地、輸出)和二線制，本文只介紹二線制產(chǎn)品。
內(nèi)量電路(IC)加速度計(jì)采用二線制形式(一線為地，另一線為芯線，既供放大器電源，又是信號輸出通道)，它的后續(xù)儀器一般為恒流適配器或帶有恒流的采集器。IC加速度計(jì)輸出信號疊加在一個(gè)直流偏壓上，由于此偏置電壓會(huì)被后級的儀器隔離，用戶得到的是一個(gè)幾乎零直流的交流信號。
IC加速度計(jì)的選型幾乎與電荷型加速度計(jì)一樣，它的靈敏度及量程選用更為簡單，如知道被測加速度值即按
IC加速度計(jì)由于其自身的特點(diǎn)而受到用戶青睞，如：由于將電荷放大級置入傳感器內(nèi)，傳感器外殼形成有效的屏蔽層，抗干擾能力大大提高；與恒流適配器配用后每通道價(jià)格較電荷型產(chǎn)品；可長導(dǎo)線使用(注意在應(yīng)用幾十米長導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)加大供電電流，否則會(huì)使測試頻率受到影響)。當(dāng)然該產(chǎn)品也有自身的不足：可靠性低于電荷型產(chǎn)品，可測量程受自身輸出電壓±5Vp的限制不能擴(kuò)展，溫度特性差于電荷型產(chǎn)品。
五、環(huán)境影響
某些測試現(xiàn)場的環(huán)境較為惡劣，用戶要考慮的因素較多，如高溫、防水、地回路干擾及強(qiáng)磁電場等，均會(huì)給測量帶來影響。
1、防水：防水可分為簡易防水和深層防水，尤以深層防水為難。如我們在三峽工程永久船閘門振測量的加速度計(jì)要考慮的因素較多：水深近百米、導(dǎo)線接頭、導(dǎo)線自身防護(hù)、地回路干擾、長期使用等問題。
近幾年我們?yōu)樵S多單位提供過各類防水傳感器，一般均根據(jù)現(xiàn)場情況與用戶加強(qiáng)溝通，使產(chǎn)品防水達(dá)到可靠。
2、溫度：多數(shù)廠商給用戶提供的是高溫傳感器的耐溫限值，而非極限情況下的電荷/電壓靈敏度。雖然有的晶體是可以達(dá)到某個(gè)溫度值，但是此狀態(tài)下它的靈敏度與常溫是有較大變化的，廠商應(yīng)提供該加速度計(jì)的溫度/靈敏度特性曲線。
低溫由于測試較為困難，且用戶較少，國內(nèi)鮮有人群研究。
3、絕緣、浮地及抗強(qiáng)磁電場：多點(diǎn)測試時(shí)，由于傳感器外殼為地，地與地之間也會(huì)產(chǎn)生電位差，使測試受到影響，可以考慮將傳感器浮地處理，如用絕緣座將傳感器浮置或采用絕緣型傳感器。我們在水下防水傳感器和機(jī)械故障監(jiān)測(在線式)上都采用了浮地工藝。
對在強(qiáng)磁電場下進(jìn)行測試，如有干擾，可采用隔磁隔電材料的外殼加以防護(hù)(如鐵殼或銅殼)，因國內(nèi)研究較少，也需用戶配合解決。
六、配套儀器
壓電類加速度計(jì)如是電荷輸出，可與電荷放大器或具有電荷前置功能的采集器相配，電荷放大器種類較多，有單通道，多通道(一般為八路一組合)，雙積分(可測量加速度、速度、位移)，準(zhǔn)靜態(tài)(用于動(dòng)態(tài)壓力、動(dòng)壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定靈敏度)。電荷放大器有多檔增益調(diào)節(jié)開關(guān)和濾波頻率開關(guān)。在我公司該類產(chǎn)品中有詳細(xì)介紹。
供IC加速度計(jì)使用的恒流適配器有單臺(手持式)和多通道(一般為8路、10路)，該產(chǎn)品一般頻率固定(用戶訂貨時(shí)確定)，增益為×1，×10倍，另該儀器上有傳感器故障顯示(采用通道指示燈變色實(shí)現(xiàn))功能。
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Johnson
