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關(guān)于低頻加速度傳感器的技術(shù)原理與特點(diǎn)


時(shí)間:2016-01-25 作者:五五
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為了表明傳感器所能測(cè)量的最小信號(hào)大部分商業(yè)化的加速度計(jì)也都提供分辨率或電噪聲指標(biāo)。國(guó)內(nèi)絕大部分傳感器的寬帶電噪聲指標(biāo)一般都標(biāo)為20μV,而BW-sensor的寬帶電噪聲指標(biāo)已降低到10μV。然而對(duì)低頻小信號(hào)測(cè)量來(lái)說(shuō),僅提供寬頻帶的電噪聲并不能完全反映傳感器在低頻范圍內(nèi)加速度測(cè)量的分辨率;這是因?yàn)橛蓛?nèi)置電路引起的低頻噪聲大小與頻率的倒數(shù)成正比,即所謂1/f噪聲,當(dāng)測(cè)量頻率很低時(shí)傳感器的電噪聲輸出按指數(shù)幅度增長(zhǎng)。所以傳感器的低頻電噪聲的數(shù)值與寬帶電噪聲指標(biāo)是完全不同的而且頻率越低這種差別越明顯。因此用于甚低頻測(cè)量的傳感器其分辨率常用傳感器輸出電噪聲的功率譜密度表示。此指標(biāo)的實(shí)用意義是傳感器在特定頻率下的噪聲大小,其單位是一般用μV/Hz或μg/Hz來(lái)表示。BW-sensor內(nèi)置電路電噪聲功率譜密度的典型值為3μV/Hz@10Hz。

傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)對(duì)低頻測(cè)量的影響

由于壓電陶瓷的特性,壓電式加速度計(jì)對(duì)溫度的突然變化都會(huì)產(chǎn)生不同程度的電荷輸出。傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)指標(biāo)就是衡量傳感器對(duì)溫度變化的敏感程度。這對(duì)低頻測(cè)量尤為重要。由于低頻測(cè)量的信號(hào)很小,而傳感器因環(huán)境溫度變化極可能產(chǎn)生與低頻振動(dòng)信號(hào)相當(dāng)?shù)恼`差;這兩種信號(hào)在甚低頻范圍內(nèi)很難區(qū)分,因此如何減小環(huán)境溫度變化對(duì)傳感器輸出的影響在低頻測(cè)量中顯得非常重要。傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)指標(biāo)單位是g/oC,表示瞬態(tài)溫度每變化一度所相當(dāng)?shù)募铀俣容敵觯渲凳峭ㄟ^(guò)電壓(電荷)輸出和傳感器靈敏度之間的換算得到的。

傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)是由壓電材料直接導(dǎo)致的,因此壓電陶瓷對(duì)由溫度突變所致的電荷輸出大小決定了這一指標(biāo)的好壞。BW-sensor選用目前國(guó)外綜合性能指標(biāo)最好的壓電陶瓷并結(jié)合記憶金屬制成的用于低頻測(cè)量的加速度傳感器經(jīng)國(guó)防兵器、航天和大型結(jié)構(gòu)多年的使用驗(yàn)證了傳感器具有優(yōu)越的低頻輸出穩(wěn)定性和抗干擾性能。實(shí)際甚低頻測(cè)量中,為了減低環(huán)境溫度變化對(duì)傳感器低頻信號(hào)輸出的影響,傳感器的外殼盡可能采用隔熱保護(hù)套。

傳感器的安裝基座和基座應(yīng)變對(duì)測(cè)量的影響

由于低頻測(cè)量傳感器對(duì)高頻響應(yīng)的要求不高因此傳感器使用任何種安裝方式一般都能滿足要求。但需要注意兩個(gè)問(wèn)題,其一是傳感器應(yīng)盡量考慮使用絕緣底座以避免任何由對(duì)地回路引起的噪聲影響測(cè)量信號(hào)。其二是應(yīng)考慮傳感器安裝處的被測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)變對(duì)傳感器輸出的影響,即傳感器應(yīng)變靈敏度大小。剪切結(jié)構(gòu)形式的壓電加速度傳感器具有良好的基座應(yīng)變特性,一般都能滿足通常的低頻結(jié)構(gòu)測(cè)試。如果結(jié)構(gòu)應(yīng)變過(guò)大對(duì)傳感器的測(cè)量信號(hào)有影響,可通過(guò)減小傳感器與被測(cè)結(jié)構(gòu)之間的接觸面積來(lái)降低結(jié)構(gòu)應(yīng)變對(duì)傳感器測(cè)量帶來(lái)的影響。

與傳感器高頻指標(biāo)相對(duì)應(yīng),傳感器的低頻測(cè)量指標(biāo)通常由低頻截止頻率來(lái)確定,同樣一定低頻截止頻率與對(duì)應(yīng)的幅值誤差相關(guān)。和高頻特性不同,傳感器的低頻特性與傳感器的任何機(jī)械參數(shù)無(wú)關(guān),而僅取決于傳感器的電特性參數(shù)。當(dāng)然傳感器作為測(cè)量系統(tǒng)的某一部分,測(cè)量信號(hào)的低頻特性還將受到與傳感器配用的后繼儀器電參數(shù)的制約。根據(jù)輸出信號(hào)的不同形式,以下將對(duì)電荷輸出和低阻電壓輸出加速度傳感器分別給與討論。

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