振動(dòng)傳感器原理及分類

SKC振動(dòng)傳感器是專門為高鐵、汽車、航空、航天、能源等領(lǐng)域的NVH測(cè)試所開(kāi)發(fā)研制的振動(dòng)傳感器，具有體積小重量輕的特性，適合于多通道NVH測(cè)試，整車模態(tài)實(shí)驗(yàn)等。可以與市場(chǎng)上通用的各大廠商數(shù)據(jù)采集器兼容使用。并可根據(jù)客戶需要定制產(chǎn)品。

一、振動(dòng)傳感器原理

振動(dòng)傳感器是將振動(dòng)信號(hào)（加速度、速度及位移）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，振動(dòng)傳感器在測(cè)試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機(jī)械量接收下來(lái)，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量。由于它也是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時(shí)也稱它為換能器、拾振器等。振動(dòng)傳感器并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y(cè)的機(jī)械量做為振動(dòng)傳感器的輸入量M，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量N，最后由機(jī)電變換部分再將N變換為電量E，因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來(lái)決定的。

二、振動(dòng)傳感器的供電方式和管腳定義：

供電方式有兩種：

1.IEPE方式：

因?yàn)橛杉铀俣葌鞲衅鳟a(chǎn)生的電量是很小的，因此傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)很容易受到噪聲干擾，需要用靈敏的電子器件對(duì)其進(jìn)行放大和信號(hào)調(diào)理。IEPE加速度傳感器帶有一個(gè)放大器和一個(gè)恒流源。電流源將電流引入加速度傳感器。加速度傳感器內(nèi)部的電路使它對(duì)外表現(xiàn)的像一個(gè)電阻。傳感器的加速度和它對(duì)外表現(xiàn)出的電阻成正比。因此傳感器返回的信號(hào)電壓和加速度也成正比。

2.直流供電(電壓恒定）：

區(qū)別于IEPE供電方式，這類加速度傳感器需要外置供電電源。加速度傳感器所要求的供電電壓大多是9~30V，使用直流供電的加速度傳感器抗干擾能力強(qiáng)。

管腳定義：不同類型的加速度傳感器管腳定義也不盡相同，大多數(shù)加速度計(jì)由3腳、4腳或者5腳。其中：3腳包括供電正，地，信號(hào)正，4腳包括X、Y、Z方向信號(hào)，供電正（外殼是電源地和信號(hào)地，抗干擾能力差），5腳包括X、Y、Z方向信號(hào)，供電正，地（外殼是屏蔽，抗干擾能力強(qiáng)）。

三、傳統(tǒng)振動(dòng)傳感器的分類及各自的特點(diǎn)：

1.壓電陶瓷式

壓電加速度傳感器采用壓電陶瓷，具有很寬的工作溫度范圍，寬的動(dòng)態(tài)量程，寬的頻率范圍（可用頻率>10kHz）。電荷輸出型加速度傳感器把壓電陶瓷封裝在具有氣密性的金屬外殼中。由于具有抵抗嚴(yán)酷環(huán)境的能力，其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗，該傳感器需要配合電荷放大器和低噪聲屏蔽電纜使用，最好是同軸電纜。低噪音電纜是指其具有低的摩擦電噪聲，這是一種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的來(lái)自電纜本身的噪聲。電荷放大器和電荷輸出型加速度傳感器連接，從而可以消除電纜電容和傳感器電容并聯(lián)帶來(lái)的影響。配合先進(jìn)的電荷放大器，電荷輸出型加速度傳感器很容易實(shí)現(xiàn)寬的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（>120dB）。由于壓電陶瓷的工作溫度范圍很寬，有些傳感器可以用于-200°C到+400°C，甚至更寬溫度的環(huán)境。它們特別適合極限溫度下的振動(dòng)測(cè)試，如渦輪引擎的監(jiān)測(cè)。其特點(diǎn)如下：

①自發(fā)電式傳感器，輸出電荷與所感受的加速度成正比

②頻率響應(yīng)寬，動(dòng)態(tài)范圍大

③尺寸小，重量輕，易于安裝   

④精確度高，穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)

⑤具有極寬的工作溫度范圍和極高的信噪比

2.電容式

電容式依靠質(zhì)量塊改變電容大小。電容式傳感器一般分為兩種類型。即可變間隙式和可變公共面積式。可變間隙式可以測(cè)量直線振動(dòng)的位移。可變面積式可以測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移。

電容式（隨加速度變化，由檢測(cè)質(zhì)量塊引起電容變化）加速度傳感器在當(dāng)今是最通用的。在某些領(lǐng)域無(wú)可替代，如安全氣囊，手機(jī)移動(dòng)設(shè)備等。高的產(chǎn)量使得該類傳感器成本低廉。但是這種低成本的傳感器受制于較低的信噪比，有限的動(dòng)態(tài)范圍。所有的電容型加速度傳感器都具有內(nèi)部時(shí)鐘，該時(shí)鐘(~500kHz)是檢測(cè)電路必不可少的部分，由于泄漏經(jīng)常會(huì)對(duì)輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。這種噪聲的頻率遠(yuǎn)高于測(cè)量信號(hào)的頻率，一般不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，但是它始終和測(cè)試信號(hào)疊加在一起。由于內(nèi)置了放大器芯片，其一般具有3線（或4線差分輸出）接口。只要有直流供電便能工作。　

電容式加速度傳感器的工作帶寬一般限制在幾百Hz，部分原因是其具有大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和重的空氣阻尼。電容型加速度傳感器適合測(cè)量低量程的加速度，其上限一般在100g以內(nèi)。除了這些限制，現(xiàn)代的電容型加速度傳感器，具有很好的線性和穩(wěn)定性。電容型加速度傳感器通常適合板載測(cè)試，成本低是一個(gè)原因。對(duì)于低頻運(yùn)動(dòng)測(cè)試，加速度一般也低，它們是一個(gè)理想的選擇。

3.壓阻式　　

壓阻式加速度傳感器是另一種廣泛應(yīng)用的直流響應(yīng)加速度傳感器。不同于電容型加速度傳感器通過(guò)電容的變化測(cè)量加速度，壓阻型加速度傳感器通過(guò)應(yīng)變電阻值的變化輸出加速度信號(hào)，應(yīng)變電阻是傳感器慣性感應(yīng)系統(tǒng)的一部分。很多工程師熟悉應(yīng)變片，并知道如何測(cè)量其輸出。大多數(shù)的壓阻型傳感器對(duì)溫度變化敏感，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)在傳感器內(nèi)部或外部做溫度補(bǔ)償。

壓阻式加速度傳感器的工作頻率可達(dá)5000Hz。許多壓阻型加速度傳感器要么采用空氣阻尼（MEMS型），要么采用液體阻尼（粘貼應(yīng)變片型）。阻尼特性是選擇傳感器的一個(gè)重要因素。某些應(yīng)用下，輸入的機(jī)械振動(dòng)包含高頻成份（或激發(fā)高頻響應(yīng)），帶阻尼的傳感器可以防止本身產(chǎn)生振鈴（諧振），從而保留或增大了可用動(dòng)態(tài)范圍。由于壓阻型加速度傳感器的輸出是差分的純電阻信息，信噪比通常很好；其動(dòng)態(tài)范圍僅受限于后接直流放大器的品質(zhì)。對(duì)于高加速度沖擊測(cè)試，某些壓阻型加速度傳感器能夠測(cè)量到超出10000g的加速度。　　

四、SKC振動(dòng)傳感器

SKC振動(dòng)傳感器是專門為高鐵、汽車、航空、航天、能源等領(lǐng)域的NVH測(cè)試所開(kāi)發(fā)研制的振動(dòng)傳感器，具有體積小重量輕的特性，適合于多通道NVH測(cè)試，整車模態(tài)實(shí)驗(yàn)等。可以與市場(chǎng)上通用的各大廠商數(shù)據(jù)采集器兼容使用。并可根據(jù)客戶需要定制產(chǎn)品。

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