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- 壓電式加速度傳感器選型指南及技術(shù)特點(diǎn)（三）
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2013/1/11
- ·傳感器的封裝形式
壓電式傳感器的工作原理是利用敏感芯體的壓電效應(yīng)，而壓電材料產(chǎn)生的是高阻抗的電荷信號(hào)。傳感器敏感芯體的絕緣阻抗與傳感器的低頻測(cè)量截止頻率存在著相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系。為了保證傳感器的低頻響應(yīng)，傳感器殼體封裝設(shè)計(jì)應(yīng)使敏感芯體與外界隔絕，以防止壓電陶瓷受到任何污染而導(dǎo)致其絕緣阻抗下降。敏感芯體絕緣阻抗下降對(duì)傳感器性能造成的直接影響表現(xiàn)為低頻響應(yīng)變差，嚴(yán)重時(shí)還將造成傳感器靈敏度改變。為保證傳感器的密封特性，大多傳感器的封裝采用激光焊接。同時(shí)在當(dāng)今密封材料品種多樣，性能日益完善的情況下，針對(duì)不同的使用環(huán)境，采用合適的密封材料替代激光焊接也能達(dá)到傳感器密封的要求。但必須指出不同的密封材料效果差異很大。
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，為防止電磁場(chǎng)對(duì)傳感器信號(hào)的影響，對(duì)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)傳感器往往要求傳感器采用雙重屏蔽殼封裝形式。雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的傳感器輸出接頭一般采用雙芯工業(yè)接頭或聯(lián)體電纜輸出形式。由于雙層屏蔽殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和雙芯輸出電纜，傳感器的高頻特性一般將受到較大的制約，因此如果用戶(hù)必須選用雙層屏蔽型傳感器進(jìn)行高頻振動(dòng)信號(hào)測(cè)量，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。
·傳感器輸出接頭形式
M5 (M6) 接頭是加速度傳感器最為常用的輸出接頭形式。M5接頭特點(diǎn)是尺寸較小，一般配用直徑較細(xì)的電纜 (2mm 或 3mm )，比較適合振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試。另外M5 (M6) 的結(jié)構(gòu)型式對(duì)信號(hào)屏蔽較好，所以對(duì)電荷輸出型加速度傳感器因其輸出為較容易受干擾的高阻抗信號(hào)一般均采用M5 (M6) 接頭。測(cè)量振動(dòng)的加速度傳感器接頭一般避免使用Q9 (BNC), 原因是Q9 (BNC),接頭組件沒(méi)有螺紋聯(lián)接，構(gòu)件之間的機(jī)械耦合剛度較低；因此如果加速度傳感器輸出采用Q9(BNC),，其將會(huì)影響傳感器的高頻響應(yīng)。
用于工業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)測(cè)量加速度傳感器按可分為巡回檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)，前者一般采用單層殼屏蔽型式，因此傳感器的接頭較多使用M6 或TNC接頭。而在線監(jiān)測(cè)因經(jīng)常采用雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)型式，與其對(duì)應(yīng)的電纜為雙芯屏蔽電纜，所以雙芯工業(yè)接頭如M12, M16 以及C5015均被廣泛使用。另外連體電纜具有較高的可靠性，因此在工業(yè)環(huán)境下使用的傳感器無(wú)論是單層和雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)都廣泛采用連體電纜為輸出接頭的形式。
需要指出的是無(wú)論是那一種輸出接頭對(duì)水下測(cè)量都有其局限性，即使傳感器本身密封性能達(dá)到要求，但電纜聯(lián)接一般都需要做特殊處理后才能用于水下測(cè)量。
·電纜的選擇
對(duì)輸出為高阻抗信號(hào)的電荷型壓電型傳感器而言，為保證測(cè)量信號(hào)不受因電纜移動(dòng)而造成噪聲的影響，傳感器的輸出信號(hào)電纜一般都采用低噪聲電纜。而輸出為低阻抗電壓信號(hào)的IEPE 傳感器，低噪聲電纜并不一定是必需的。高頻，低頻信號(hào)對(duì)電纜不同要求的典型的例子是多軸向測(cè)量傳感器的電纜，多通道高阻抗信號(hào)的電纜必須是各自獨(dú)立的低噪聲屏蔽電纜，而多通道低阻抗的電壓信號(hào)便可采用多芯絞線加屏蔽的電纜。
在通用型傳感器的電纜配備中因考慮到電纜的重量和成本，Φ2 mm 直徑的低噪聲電纜為加速度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)配置。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的傳感器一般以IEPE 型為主，電纜本身的強(qiáng)度也成為重要考慮因素，因此Φ3 mm 直徑的低噪聲電纜和Φ4.5 mm 直徑的普通同軸屏蔽電纜成為最常使用的電纜。而對(duì)雙層屏蔽殼設(shè)計(jì)的IEPE 型傳感器的電纜配置均為雙絞芯線外加屏蔽的電纜。
在加速度傳感器輸出信號(hào)電纜的選擇中，除電纜結(jié)構(gòu)外，其他最經(jīng)�？紤]的指標(biāo)是電纜的應(yīng)用溫度以及在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中電纜外層材料耐腐蝕的能力。最為普遍使用的電纜絕緣材料為PVC, 使用溫度范圍為-40oC 到+105oC 。對(duì)應(yīng)用環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合，最經(jīng)常選用的電纜絕緣材料為聚四氟乙烯；其使用溫度范圍為-45oC 到+250oC，且耐腐蝕能力也優(yōu)于其它大多數(shù)電纜絕緣材料。但用四氟材料做的電纜柔性較差，價(jià)格也遠(yuǎn)高于PVC 材料。
·傳感器橫向靈敏度及橫向振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響
由于壓電材料自身特性，敏感芯體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造精度偏差使傳感器不可避免地對(duì)橫向振動(dòng)產(chǎn)生輸出信號(hào)，其大小由橫向輸出和垂直方向 輸出的比值百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。
根據(jù)不同敏感芯體結(jié)構(gòu)和材料特性的組合，壓縮型結(jié)構(gòu)在理論上便存在橫向輸出，需要通過(guò)裝配調(diào)節(jié)的方式給予抵消，而在實(shí)際制造過(guò)程中很難實(shí)現(xiàn)真正的抵消，因此壓縮型加速度傳感器的橫向靈敏度的離散度很大。與壓縮型相比剪切型設(shè)計(jì)在理論上不存在橫向輸出，傳感器的實(shí)際橫向輸出一般是由材料加工和裝配精度所引起的誤差。所以從這兩種敏感芯體的實(shí)際對(duì)比結(jié)果來(lái)看，剪切型壓電加速度傳感器的橫向靈敏度普遍優(yōu)于壓縮型式。而敏感芯體為彎曲梁結(jié)構(gòu)形式的橫向靈敏度一般說(shuō)介于剪切型和壓縮型之間。根據(jù)敏感芯體的結(jié)構(gòu)特性，在其受橫向振動(dòng)時(shí)與垂直方向振動(dòng)一樣，也有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)。所以橫向振動(dòng)也同樣可能在某一頻率點(diǎn)產(chǎn)生諧振，以至產(chǎn)生較大的橫向振動(dòng)偏差。
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