加速度傳感器的頻率響應(yīng)特性
2021-01-11標(biāo)簽：加速度傳感器
TE在壓電式陶瓷技術(shù)設(shè)計(jì)、MEMS、制造封裝加速度傳感器方面擁有長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)。封裝的加速度計(jì)具有寬測(cè)量范圍和便利的用戶(hù)界面，并提供直流（靜態(tài)）和交流（動(dòng)態(tài)）響應(yīng)。TE是用于飛機(jī)設(shè)計(jì)和測(cè)試、汽車(chē)設(shè)計(jì)和測(cè)試、汽車(chē)安全測(cè)試、機(jī)械與結(jié)構(gòu)監(jiān)控以及賽車(chē)應(yīng)用的加速度傳感器與振動(dòng)傳感技術(shù)的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。
在加速度傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)中，頻率響應(yīng)是個(gè)非常重要的參數(shù)，它是傳感器提供線(xiàn)性反應(yīng)的頻率范圍。本文著重從頻率響應(yīng)出發(fā)帶領(lǐng)大家更深入了解加速度傳感器。
低頻響應(yīng)特性
IEPE壓電加速度傳感器（內(nèi)裝IC電路芯片）的低頻特性主要由內(nèi)置芯片的下限頻率和傳感器的基座應(yīng)變、熱釋電效應(yīng)等環(huán)境特性決定；而電路芯片的下限頻率取決于RC電路，也就是取決于放電時(shí)間常數(shù)DTC，
DTC=RC，
-3dB低頻f=0.16/DTC，
-10%低頻f=0.34/DTC，
-5%低頻f=0.5/DTC，
由以上可以看出，放電時(shí)間常數(shù)越大，信號(hào)衰減越慢，低頻響應(yīng)越好。
放電時(shí)間常數(shù)不僅決定低頻響應(yīng)，而且決定放電時(shí)間，這在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)就比較重要。放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)兼顧低頻響應(yīng)和放電時(shí)間?；鶓?yīng)變、環(huán)境溫度變化等環(huán)境干擾引起的輸出通常在5Hz以下，當(dāng)測(cè)試信號(hào)頻率在5Hz以上時(shí)，應(yīng)將IEPE傳感器內(nèi)置電路芯片下限截止頻率設(shè)置在5Hz以上，以消除壓電傳感器的熱電等環(huán)境干擾引起的噪聲輸出。
當(dāng)測(cè)試信號(hào)頻率在5Hz以下時(shí)，可以選擇諸如隔離剪切結(jié)構(gòu)等隔離基座應(yīng)變、熱釋電效應(yīng)等環(huán)境干擾性能好的加速度傳感器。
高頻響應(yīng)特性
高頻響應(yīng)特性取決于。
其中，k是敏感元件的剛度；m是質(zhì)量塊的質(zhì)量。
在敏感元件的剛度時(shí)，質(zhì)量塊越重，諧振頻率越低。同時(shí)，大的質(zhì)量塊產(chǎn)生高的機(jī)械增益，傳感器的靈敏度高，噪聲低。相反，小的質(zhì)量塊產(chǎn)生低的機(jī)械增益，傳感器的靈敏度低、輸出小，頻率范圍寬，可以測(cè)量較高的頻率信號(hào)。
通常可以這么估算：
上限頻率是+10%頻響，大約為諧振頻率的1/3；
上限頻率為+5%頻響，大約為諧振頻率的1/5。
加速度傳感器在校準(zhǔn)時(shí)候，頻率響應(yīng)是相對(duì)于靈敏度在100Hz或160Hz的參考點(diǎn)的靈敏度變化量。下圖是TEMEAS8811-01的頻率響應(yīng)圖：
壓電加速度傳感器的低頻響應(yīng)特性
壓電加速度傳感器無(wú)法獲得很好的低頻響應(yīng)。高通濾波器是壓電加速度傳感器固有特性，前述講了電路芯片的下限頻率取決于RC電路，也就是取決于放電時(shí)間常數(shù)DTC。DTC也定義了傳感器供電突然變化（如開(kāi)啟和信號(hào)過(guò)載）時(shí)的傳感器響應(yīng)。當(dāng)開(kāi)啟傳感器或從過(guò)載中恢復(fù)所需要的時(shí)間是與DTC的值直接相關(guān)的。因此低頻過(guò)載與導(dǎo)通時(shí)間（休克恢復(fù)時(shí)間）是成反比。
傳感器的頻率越低，從過(guò)載中開(kāi)啟或恢復(fù)的時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)于通用壓電傳感器，犧牲低頻性能有利于獲得更好的開(kāi)啟和休克恢復(fù)響應(yīng)。
通用加速度傳感器與低頻加速度傳感器
低頻加速度傳感器采用較大的質(zhì)量塊來(lái)提高傳感器敏感元件的輸出。這將降低來(lái)自于放大器的電子噪聲。低頻傳感器的輸出電壓越高，越有利于在測(cè)量低幅值信號(hào)時(shí)克服數(shù)據(jù)采集器的噪聲。折中的方法是降低諧振頻率。
結(jié)論
加速度傳感器所需要的頻率響應(yīng)取決于需要測(cè)量的振動(dòng)頻率。一個(gè)加速度傳感器需要足夠高的固有振動(dòng)頻率用于捕捉測(cè)量所需要的所有頻率。
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特點(diǎn)/應(yīng)用 特點(diǎn)： ?的低頻響應(yīng) ?高溫IEPE輸出 ?粘合劑或螺柱安裝 ?金屬焊接密封 ?環(huán)形剪切模式 ?三軸測(cè)量 ?可選安裝隔離座 應(yīng)用： ??行測(cè)試 ?發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā) ?路面測(cè)試 ?模態(tài)分析 ·堅(jiān)固耐用 ...... -
特點(diǎn)/應(yīng)用 特點(diǎn)： ? 高溫環(huán)境適用 ? 耐腐蝕封裝 ? 金屬焊接密封 ? 外殼隔離 ? EMI/RFI屏蔽 ? 抗沖擊保護(hù) 應(yīng)用： ? 柴油發(fā)電機(jī) ? ?輪箱監(jiān)控 ? 重載軸承監(jiān)測(cè) ? 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控 ·堅(jiān)固耐用 ...... -
特點(diǎn)/應(yīng)用 特點(diǎn)： · 微型結(jié)構(gòu) · 螺柱安裝 · 金屬焊接密封 · 環(huán)形剪切模式 · 寬操作溫度范圍 · 寬頻帶響應(yīng) 應(yīng)用： · 碰撞監(jiān)測(cè) · 沖擊測(cè)試 · 爆炸分析 · 裝備 ·堅(jiān)固耐用 ·...... -
特點(diǎn)/應(yīng)用 特點(diǎn)： ?防水設(shè)計(jì) ?微型扁平體結(jié)構(gòu) ?沖擊耐受 ?三軸測(cè)量 ?寬頻響應(yīng) 應(yīng)用： ?沖擊試驗(yàn) ?衛(wèi)星測(cè)試 ?彈道測(cè)量 ??行器測(cè)試 ·堅(jiān)固耐用 ·低頻響應(yīng) ...... -
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