加速度傳感器選擇指南

加速度計(jì)因其頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性高、使用方便，受到廣泛應(yīng)用。用戶作通用振動(dòng)、沖擊測(cè)量時(shí)，主要關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)為：靈敏度、頻率范圍，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電路，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和后續(xù)儀器配置等。

1、靈敏度的選擇

zui小加速度測(cè)量值也稱zui小分辨率，考慮到后級(jí)放大電路噪聲問(wèn)題，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離zui小可用值，以確保*信噪比。zui大測(cè)量極限要考慮加速度計(jì)自身的非線性影響和后續(xù)儀器的zui大輸出電壓，估算方法：zui大被測(cè)加速度×傳感器的電荷 / 電壓靈敏度，以上數(shù)值是否超過(guò)配套儀器的zui大輸入電荷 / 電壓值，建議如已知被測(cè)加速度范圍可在傳感器指標(biāo)中的“參考量程范圍”中選擇（兼顧頻響、重量），同時(shí)，在頻響、重量允許的情況下，靈敏度可考慮高些，以提高后續(xù)儀器輸入信號(hào)，提高信噪比。

在兼顧頻響、重量的同時(shí)，可參照以下范圍選擇傳感器靈敏度：土木工程原型和超大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)在 0.1g ～ 10g 左右，可選 3000pC/g ～ 300pC/g 的加速度計(jì)，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)在 10g ～ 100g 左右，可選擇 20pC/g ～ 200pC/g 的加速度計(jì)，沖擊可選 0.1pC/g ～ 20pC/g 左右的加速度計(jì)。

2、頻率選擇

生產(chǎn)廠給出的頻響曲線，一般將曲線分成二段：諧振頻率和使用頻率。使用頻率的給值按靈敏度偏差給出，有± 10% 、± 5% 、± 3dB 。諧振頻率一般是避開(kāi)不用，但也有特例，如軸承故障檢測(cè)。

選擇加速度計(jì)的頻率應(yīng)高于被測(cè)物的振動(dòng)頻率，有倍頻分析要求的加速度計(jì)頻響應(yīng)更高。土木工程是低頻，加速度計(jì)可選擇 0.2Hz ～ 1kHz 左右，機(jī)械設(shè)備一般是中頻段，可根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、設(shè)備剛度等因素綜合估計(jì)頻率，選擇 0.5Hz ～ 5kHz 的加速度計(jì)。沖擊測(cè)量高頻居多。

加速度計(jì)的安裝方式不同也會(huì)改變使用頻響 （ 對(duì)振動(dòng)值影響不大 ） ，安裝面要平整、光潔，安裝選擇應(yīng)根據(jù)方便、安全的原則。

加速度計(jì)的重量、靈敏度與使用頻率成反比，靈敏度高，重量大，使用頻率低，這也是選擇的技巧。

3、內(nèi)部結(jié)構(gòu)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)是指敏感材料晶體片感受振動(dòng)的方式及安裝形式，有壓縮和剪切兩大類(lèi)，常見(jiàn)的有中心壓縮、平面剪切、三角剪切、環(huán)型剪切。中心壓縮頻響高于剪切型，剪切型的環(huán)境適應(yīng)性好于中心壓縮型。如配用積分型電荷放大器測(cè)量速度、位移時(shí)，選用剪切型產(chǎn)品，這樣所得信號(hào)波動(dòng)小，穩(wěn)定性好。

4、內(nèi)置電路

內(nèi)置的概念是將電荷或電壓轉(zhuǎn)換放大電路置于加速度計(jì)內(nèi)，成為具有電壓輸出功能的傳感元件。它可分雙電源（四線）及（單電源二線并帶偏置的稱 ICP）兩種，下面所指內(nèi)裝電路專指 ICP 型。目前，內(nèi)置電路傳感器在國(guó)內(nèi)使用較多的方面是用于機(jī)械故障、樁基檢測(cè)，不少在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目上也在使用該類(lèi)產(chǎn)品。

ICP 傳感器的芯線作供電又是信號(hào)輸出通道。內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計(jì)算：

如選用目前zui為通用的 100mV/g, 可測(cè) 50g 以內(nèi)振動(dòng)，因?yàn)樵搨鞲衅鲃?dòng)態(tài)范圍± 5Vp ，如測(cè)量 100g ，則用 50mV/g 的加速度計(jì)，其余以此類(lèi)推。

內(nèi)置電路的優(yōu)勢(shì)是低價(jià)位，抗干擾好，可長(zhǎng)線使用，但它的耐高溫、可靠性不如電荷輸出產(chǎn)品，且動(dòng)態(tài)范圍也因輸出電壓和偏置電壓的作用而受到限制。

5、環(huán)境影響

某些測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較為惡劣，考慮的因素較多，如防水、高溫、安裝位置、強(qiáng)磁電場(chǎng)及地回路等，均會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的影響。

防水：防水有兩個(gè)概念，淺層防水和深層防水，尤以深層防水為難，如三峽工程*船閘閘門(mén)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，水深近百米，它涉及地回路干擾、高壓滲水、導(dǎo)線防護(hù)、長(zhǎng)期可靠性等諸多問(wèn)題。

高溫：多數(shù)廠商給出的溫度范圍為可用值，而不是高溫狀況的靈敏度，實(shí)際上，高溫時(shí)靈敏度偏差較大，特殊用戶應(yīng)向廠商索取的高溫時(shí)的靈敏度指標(biāo)，靈敏度指標(biāo)是保證測(cè)試準(zhǔn)確的關(guān)鍵。

位置限制：加速度計(jì)*安裝在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)受到人為碰撞，應(yīng)選擇工業(yè)型產(chǎn)品，在加速度計(jì)外加裝防護(hù)罩，這可同時(shí)起絕緣、防塵的作用，對(duì)出線方向有要求也應(yīng)向廠商提出，對(duì)于不能觸及的部位，可用手持式加速度計(jì)（帶長(zhǎng)探針）。

絕緣、地回路及磁電場(chǎng)輻射：輻射較強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)選擇特殊外殼材料的加速度計(jì)和導(dǎo)線，此類(lèi)研究國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)。對(duì)于多點(diǎn)接地、潮濕等現(xiàn)場(chǎng)，要解決好測(cè)試干擾則可用浮地或絕緣型加速度計(jì)。

為了克服多點(diǎn)接地產(chǎn)生地回路電流影響測(cè)試，可以選用浮地或絕緣傳感器。沒(méi)有特殊要求且干擾不大的工況，可用絕緣型加速度計(jì)。而*型監(jiān)測(cè)或干擾大的工況則應(yīng)采用浮地型。這二種命名的區(qū)別在于絕緣型傳感器的外殼為信號(hào)地，底座采取絕緣方法，而浮地型產(chǎn)品的外殼為屏蔽層，要采取三線方式。

附加質(zhì)量：在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上安裝的加速度計(jì)的質(zhì)量只要小于結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量的1/10即可，認(rèn)為對(duì)被測(cè)信號(hào)無(wú)大影響。

6、配套儀器

壓電類(lèi)加速度計(jì)如是電荷輸出，可與任何一種高阻輸入的電荷放大器或具有電荷前置功能的采集器相配，電荷放大器種類(lèi)較多，有單臺(tái)、多路、積分、準(zhǔn)靜態(tài)，這都要根據(jù)測(cè)量要求進(jìn)行選擇。

也有特例，如直接將壓電傳感器的輸出信號(hào)接入具有一定高阻性能的三次儀表（如示波器），同樣可測(cè)得信號(hào)，但因阻抗匹配不夠，只能是定性了解動(dòng)態(tài)狀況。

ICP 型內(nèi)置式加速度計(jì)專門(mén)有恒流適配器，一臺(tái)儀器可供多只加速度計(jì)的恒流供電及信號(hào)輸出。部分?jǐn)?shù)據(jù)采集儀器也自帶恒流功能，可直接與 ICP 傳感器配用。

普通電荷輸出型傳感器如與具有恒流輸出的數(shù)據(jù)采集器配套，可采用 JM3861恒流適調(diào)器。

雙電源加速度計(jì)可由采集器提供雙電源或用雙路直流穩(wěn)壓電源供電。