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如何根據實際應用選擇適合的傳感器
點擊次數：3613 發布時間：2020-5-22
傳感器是振動研究或測試的關鍵環節，一般測量參數包括加速度、速度和位移，其中經常用到的是加速度。本次將重點分享加速度傳感器的選擇方法。
常用的振動測量傳感器從工作原理上可分為：壓電式、壓阻式、電容式、電感式、光電式等；從應用特點上可以分為：“直流響應加速度傳感器”和“交流響應加速度傳感器”兩大類。
選擇傳感器時首先需要考慮選用“直流響應加速度傳感器”，還是選擇“交流響應加速度傳感器”。
“交流響應加速度傳感器”僅適合測量動態事件，不能用來測試靜態的加速度，例比如重力加速度和離心加速度。常見的交流響應加速度傳感器為“壓電加速度傳感器”，具有“電壓輸出型”和“電荷輸出型”兩種。壓電式加速度傳感器因為具有測量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對被測件的影響小以及安裝使用方便等優點，所以成為常用的振動測量傳感器。
“直流響應加速度傳感器”，具有直流耦合輸出，能夠響應低至0赫茲的加速度信號。因此直流響應的加速度傳感器適合同時測試靜態和動態的加速度。對于需要測量靜態加速度或低頻加速度（<1Hz）的應用，需要選擇“直流響應加速度傳感器”。常見的直流響應加速度傳感器有“應變壓阻型”（詳見xx頁）、“電容型”等。
直流和交流響應的加速度傳感器都可以測量動態信號。當僅需要測量動態信號時，使用者可以各取所好。如果不喜歡處理直流響應加速度傳感器的零點偏置，可選擇交流耦合、單端輸出的壓電加速度傳感器。如果不在乎處理零點偏置，習慣3線或4線接口，喜歡負載電阻自檢測試（shunt），和重力加速度自檢測試（2g翻轉）功能，可選擇直流響應加速度傳感器。
選擇振動傳感器的主要權衡因素是傳感器的重量、靈敏度、量程、頻率響應范圍：
•傳感器的重量
傳感器作為被測物體的附加質量，必然會影響其運動狀態。如果加速度傳感器的質量接近于被測物體的動態質量，則被測物體的振動就會受到影響而明顯減弱。對于有些被測構件雖然作為一個整體質量很大，但是在傳感器安裝的局部，例如一些薄壁結構，傳感器的質量已經可以與結構局部質量相比擬，也將會影響結構的局部運動狀態受到影響。因此要求傳感器的質量遠小于被測物體傳感器安裝點的動態質量。
•傳感器的靈敏度
靈敏度越高，在電路不放大的基礎上，質量塊越大，機械增益越大，傳感器的輸出越大，系統的信噪比越高，抗干擾能力和分辨率也越強。靈敏度的選擇受到重量、頻率響應和量程的制約，通常情況下，靈敏度越高，傳感器的重量越大，量程和諧振頻率也越低。一般來講，在滿足頻率響應、重量和量程要求下，應盡量選擇高靈敏度的傳感器，這樣可以降低信號調理器的增益，提高系統的信噪比。
•傳感器的量程范圍
加速度傳感器的測量量程范圍是指傳感器在一定的非線性誤差范圍內所能測量的大測量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。
IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測量范圍是由在線性誤差范圍內所允許的大輸出信號電壓所決定，大輸出電壓量值一般都為±5V，通過換算就可得到傳感器的大量程，即等于大輸出電壓與靈敏度的比值。
電荷輸出型測量范圍受傳感器機械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機械彈性區間非線性制約的大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過實驗來確定。在大測量范圍選擇時，要考慮被測信號頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產生。在量程上應有足夠的安全空間以保證信號不產生失真。
•傳感器的測量頻率響應范圍
傳感器的頻率響應測量范圍是指傳感器在規定的頻率響應幅值誤差內傳感器所能測量響應的頻率范圍。截止頻率與誤差直接相關，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。傳感器的高頻響應取決于傳感器的機械特性（(結構設計、制造、安裝形式和安裝質量)），低頻響應則由傳感器和后繼儀器的綜合電參數所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，用于低頻測量的高靈敏度傳感器相對來說則一定體積大和重量重。
另外在實際應用中還會遇到一些特殊問題，可以根據需要選擇專業的傳感器，如：樁基檢測傳感器、橋梁和鋼結構檢測傳感器、座墊傳感器、防水密封型傳感器、本安型傳感器等。
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