压电型加速度传感器的频率特性

振动试验中加速度传感器的选择导语：振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值大多是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。

影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、试件的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。

本文结合理论及实际经验，介绍振动试验中压电式加速度传感器的选择。

振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值大多是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。

影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、试件的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。

本文结合理论及实际经验，介绍振动试验中压电式加速度传感器的选择。

1.灵敏度压电式加速度传感器的灵敏度有两种表示方法，一个是电荷灵敏度Sq，另一个是电压灵敏度Sv，其电学特性等效电路如图1。

图1压电式加速度传感器的是电学特性等效电路压电片上承受的压力为F1=ma，在压电片的工作表面上产生的qa 与被测振动的加速度a成正比：即展开剩余85%Qa=Sqa其中，比例系数Sq就是压电式加速度传感器的电荷灵敏度，量纲是[pC/ms²]。

传感器的开路电压：Ua=Qa/Ca式中，Ca为传感器的内部电容量，对于一个特定的传感器来说，Ca为一个确定值。

所以也就是说，加速度传感器的开路电压Ua也与被测加速度a成正比，比例系数Sv就是压电式加速度传感器的电压灵敏度，量纲是[mV/ms²]。

Ua=(Sq/Ca)*a在压电式加速度传感器的使用说明书上所标出的电压灵敏度，一般是指在限定条件下的频率范围内的电压灵敏度Sv。

在通常条件下，当其它条件相同时，几何尺寸较大的加速度传感器有较大的灵敏度。

使用说明书上还会给出最小加速度测量值，也称最小分辨率，考虑到后级放大电路噪声问题，应尽量远离最小可能值，以确保最佳信噪比。

应变式、压阻式、压电式传感器特性比较1．应变式传感器应变式传感器是把力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随力所产生的应变而变化。

应变效应是导体受机械变形时，其电阻值发生变化的现象。

2．压阻式传感器压阻式传感器的灵敏度比金属丝式应变片的灵敏度高，其精度好，而且响应频率好，工作可靠。

缺点是受温度影响较大，应进行温度补偿压阻效应是物质受外力作用发生变形时，其电阻率发生变化的现象。

3．压电式传感器压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应，目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。

压电式压力传感器不能用作静态测量，一般用于测量脉动压力，不能测量静压力；压电传感器产生的信号很弱而输出阻抗很高，必须根据压电传感器的输出要求，将微弱的信号经过电压放大或电荷放大（一般是电荷放大），同时把高输出阻抗变换成低输出阻抗，此信号才能被示波器或其他二次仪表接受。

压电式传感器与压阻式传感器的区别及其优缺点前边的那个受电场的干扰，后边那个受温度的干扰，看你用在那个场合。

前者的原理是压电效应，后者原理是受力后的应变。

前者的缺点是电荷泄露，优点是结构简单，灵敏度和信噪比高。

后者的缺点是信噪比不高，而且结构比前者复杂，优点是便宜，耐用，频率响应好。

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。

其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。

当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

压电式传感器：基于压电效应的传感器。

是一种自发电式和机电转换式传感器。

摘要现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。

所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，也就是被测量为变量的连续测量过程。

它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题。

而动态测试中振动和冲击的精确测量又显得尤其重要。

振动与冲击测量的核心是传感器，对于冲击和振动信号的获取，最常见的是用压电加速度传感器。

世界各国作为量值传递标准的高频和中频振动基准的标准加速度传感器就是压电式加速度传感器。

由此可见，质量优良的压电加速度传感器在精度、长时间稳定性等方面都是有独到之处的。

压电加速度传感器可以看作是一个能产生电荷的高内阻发电元件。

但是此电荷量很小，不能用一般的测量电路来进行测量，因为一般的测量电路的输入阻抗总是较小的，压电片上的电荷通过测量电路时会被输入电阻迅速泄漏引入测量误差，影响测量效果。

如果压电加速度传感器没有与之配套的测量电路一起配合使用，那么压电加速度传感器的广泛应用就会受到非常大的限制。

因此，与之配套的测量电路的研究及其硬件实现就显得非常重要。

目前最常用的压电加速度传感器的测量电路就是电荷放大器，它能得到与输入电荷成比例的电压输出。

它的特点之一就是使传感器的灵敏度和电缆长度无关，电缆可长达几千米，而在被测对象附近只有一个小的传感器。

这对使用者来说非常方便。

但是现在的电荷放大器电路都比较复杂，机器价格都比较高，性价比不是很理想，这些因素都严重影响了压电加速度传感器的广泛使用，所以研制一种性价比较高的、实用的电荷放大器就非常的有必要。

本文针对上述情况，对传感器的测量电路做了深入的研究工作，分析了各种测量电路的特点，提出采用一种集成芯片来取代大量分离元件实现电荷转换电路的设想，通过实验验证本设计的可行性和可靠性，对存在的干扰信号做了细致的理论分析，并采取相关办法进行解决，最后和标准电荷放大器的性能进行对比。

实验结果表明本设计是可行的。

关键词:压电加速度传感器测量电路电荷放大器 TLO8AbstractModern industrial and automation of the production process, non-electric physical measurement and control technology will involve a large number of Dynamic test. The so-called dynamic testing means to determine the amount of the instantaneous value and its value varies with time is measured for the continuous measurement of the process variable. It is characterized by dynamic signal, the test system Dynamic characteristics. Dynamic test accurate measurement of vibration and shock is particularly important. Vibration and Chong Chance measured core is a sensor for shock and vibration signal acquisition, the most common is to use a piezoelectric accelerometer Sensors. The world as a value transfer standards high and medium frequency reference standard acceleration sensor Piezoelectric acceleration sensor. Thus, the excellent quality of the piezoelectric acceleration sensor accuracy, long Time stability is something unique to offer. The piezoelectric acceleration sensor can be regarded as a generating High internal resistance of the charge generating components. However, this very small amount of electric charge, and not use the measuring circuit to be measured, Usually the input impedance of the measuring circuit are always smaller, when the charge on the piezoelectric sheet by the measurement circuit Is input resistor leak rapidly introduce measurement errors affecting the measurement results. If the piezoelectric acceleration sensor is not The ancillary measurement circuit used in conjunction with a wide range of applications of piezoelectric accelerometer would be Very large limitations. Therefore, the the accompanying measurement circuit and its hardware implementation is very important.Currently, the most commonly used piezoelectric acceleration sensor measuring circuit is a charge amplifier can be obtained input power Charge proportional to the voltage output. One of its features is to makethe sensitivity of the sensor and cable regardless of the length of the electrical The cable can be up to several kilometers, while in the vicinity of the object to be measured, only a small sensor. This user is very Convenient. But now the charge amplifier circuit is more complex, higher than the price of the machine, the price is not very satisfactory, these factors have a serious impact on the widespread use of the piezoelectric acceleration sensor, and so develop a higher bid, practical charge amplifier is very necessary. For the above, the sensor The measuring circuit to do a thorough research work, the analysis of the characteristics of the various measurement circuit is proposed to adopt a set Into the chip to replace a large number of separate components to achieve the charge conversion circuit is envisaged that the present design can be verified by experiment Feasibility and reliability, a detailed theoretical analysis of the existence of the interference signal, and take approach solutionSummary, the final performance of the amplifier and the standard charge of contrast. The experimental results indicate that the present design is feasible.Key words:Piezoelectric acceleration sensor measuring circuit charge amplifier TLO8图表清单图1-1 测试系统的组成------------------------- 图1-2 压电加速度传感器动态测量系统----------- 图2-1 电桥电路-------------------------------- 图2-2 四个桥臂同时工作的直流电桥------------- 图2-3 两个相邻臂工作的电桥---------------图2-4 两个相对臂工作的电桥------------------ 图2-5 变压器式电桥电路图2-6 紧祸合电感臂电桥图2-7 紧祸合电感臂四端网络和T型网路图2-8 紧祸合电感臂等效电路图2-9 电容式传感器的等效电路图2-10 双T二极管交流电桥图2-11 双T二极管电桥等效电路图2-12 运算放大器式电路图2-13 调频一鉴频电路原理图图3-1 晶体的压电效应图3-2 压电加速度传感器原理图图3-3 作用于压电元件两边的力图3-4 压电加速度传感器的等效电路图3-5 压电加速度传感器测试系统等效电路图3-6 压电加速度传感器简化电路图3-7 简化后的压电加速度传感器电压等效电路图3-8 电荷放大器示意图图4-1 传感器与电荷放大器连接的等效电路图图4-2 电荷放大器电压源实际等效测量电路图4-3 电荷放大器等效电路图图4-4 输入电缆影响的等效电路图4-5 电荷放大器框图图4-6 电荷转换部分电路图4-7 干扰源等效电路图图4-8 适调放大电路原理图4-9 电荷转换电路及适调放大电路图4-10 有源滤波电路原理图图4-11 无源滤波器原理图图4-12 有源滤波器电流回路图图4-13 高通滤波和同相放大电路原理图图4-14 过载指示电路原理图图4-15 过载电路输出特性图4-16 稳压电源电路图4-17 本电荷放大器的主要电路图4-18 ICL7135和ICM7212的接口电路图图5-1 实验装置框图图5-2 实验波形和标准电荷放大器输出波形图5-3 有工频干扰下的信号频谱图5-4 标准电荷放大器TS5865的信号频谱图5-5 屏蔽工频干扰后的信号频谱图5-6 未加低通滤波时本设计的信号频谱图5-7 标准电荷放大器低通上限截止频率为lOK Hz时的信号频谱图5-8 加了1K Hz有源低通滤波器后本设计的信号频谱图5-9 标准电荷放大器低通上限截止频率为1KHz时的信号频谱图5-10 都有1KHz低通滤波的两路信号波形图5-11 标准电荷放大器的直流分量分析图5-12 本设计未加高通滤波器时信号图5-13 本设计加高通滤波器后的信号表1 在不同加速度下本设计和TS5865的电压值比较表2 在不同频率下本设计和标准电荷放大器的灵敏度比值1 前言1. 1 压电加速度传感器在动态测试中的意义随着现代科学技术的迅猛发展，非电物理量的测量与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。

压电加速度传感器原理压电加速度传感器是一种利用压电效应来测量加速度的传感器。

压电效应是指某些晶体或陶瓷材料在受到外力作用时，会产生电荷分布不均匀的现象，从而产生电压。

压电传感器利用这一效应来测量加速度，具有灵敏度高、频率响应广、体积小、重量轻等优点，广泛应用于汽车、航空航天、工业生产等领域。

压电加速度传感器的工作原理是利用压电材料的压电效应来感知外界的加速度变化。

压电材料在受到外力作用时会产生电荷分布不均匀的现象，从而产生电压信号。

传感器中包含压电材料的敏感部分，当受到加速度作用时，压电材料产生电荷分布不均匀的变化，从而产生电压信号。

通过测量这一电压信号的变化，就可以得到加速度的大小。

压电材料通常是一些晶体或陶瓷材料，比如氧化锆、铅钛酸锆、硼酸锂等。

这些材料有一个共同的特点，就是在受到外力作用时会产生电荷分布不均匀的现象，从而产生电压信号。

这种压电效应能够使得压电加速度传感器对加速度变化产生很高的灵敏度，同时具有很宽的频率响应范围。

压电加速度传感器通常由压电材料、传感器壳体、导电粘合剂、电缆和接头等部分组成。

压电材料通常被固定在传感器壳体中，然后通过导电粘合剂和电缆连接到外部的电路中。

当受到加速度作用时，压电材料产生电荷分布不均匀的变化，从而产生电压信号，通过电缆和接头传输到外部的电路中进行处理。

压电加速度传感器的灵敏度主要取决于压电材料的性能和传感器的结构设计。

选择合适的压电材料、优化传感器的结构设计、合理布置传感器的电路等都能够提高传感器的灵敏度。

此外，压电加速度传感器还可以通过外部的放大电路和滤波电路来进一步提高其灵敏度和信噪比。

压电加速度传感器在实际应用中具有一定的局限性。

比如，在温度变化较大的环境中，压电材料的性能会发生变化，从而影响传感器的测量精度。

此外，在高加速度、高频率振动等特殊环境中，传感器也会受到一定的限制。

因此，在实际应用中需要根据具体的情况选择合适的压电加速度传感器，并进行必要的补偿和调校。

压电式加速度传感器原理压电式加速度传感器原理阐述压电式加速度传感器是一种经常用于测量物体振动和冲击的技术，其基本原理是通过应变测量物体产生的电荷。

它可以测量加速度，包括静态和动态加速度，这是工程应用中经常遇到的一种问题。

本文将详细说明压电式加速度传感器的基本原理和工作模式。

一、压电效应的原理压电效应是指某些材料在受到机械压力或应变时，会产生电荷。

这种效应一直以来都是物理学家们研究的热点问题之一，因为它具有深远的工程应用价值。

常见的压电材料有晶体琥珀、氧化锌等。

二、压电式加速度传感器的结构压电式加速度传感器的结构是由一组压电材料进行固定，可以受到物体加速度的作用，从而引起压电材料的应变。

此时，压电材料产生的电荷由固定在底部的电极收集。

压电杆和电极之间的电荷量比较微弱，需要通过电路放大器进行放大，以便对出现的物理信号做出适当的反应。

三、压电式加速度传感器的工作原理在静态情况下，压电式加速度传感器对外力没有反应。

但是当物体进行动态运动时，加速度传感器就会感知到其受到的加速度作用，从而相应地产生电荷。

该电荷信号随即通过电路放大器进行放大，并输出至一台计算机或其他设备上，以实现可视化或机械控制等应用。

四、基本型号和参数的介绍压电式加速度传感器目前的市场较为广泛，包括一批基本型号和各种具体的参数。

其中，基本型号有PCB-352C15、PCB-352B22和PCB-352B33等，其具体参数如下：1.测量范围：±3g至±200g；2.传感器灵敏度：从1.5mV/g到10mV/g不等；3.工作电压：1至10 VDC；4.频率响应：从0到15000 Hz不等；5.噪声水平（10Hz-100kHz）：从1到2000 ug RMS不等。

总之，压电式加速度传感器是一种测量物体加速度的实用工具，可以广泛应用于控制系统、机器运动学分析、应变监测和波成系数分析等领域。

希望本文能够帮助到有关从业人员更好地理解其原理及应用。

生产的YD-5型加速度传感器。

该传感器的质量块的质量约为g m 47.01=，加速度传感器的固有谐振频率为kHz u f 50=。

由(2-27)式有 )/(100437.181m N k ×=2.3.2 2m 的确定2m 为传感器基座与磁座及双头螺栓的总质量,由于传感器中的质量块的质量非常的小,所以2m 近似为YD-5型传感器的质量与CZ −4型磁座(试验中所选用的磁座的一种)质量及双头螺栓质量的总和,即g m 692=。

2.3.3 磁座与轴承外圈接触力的计算磁座与轴承外圈接触时的接触力主要是磁座的磁场对轴承外圈的吸力。

在分析磁座与轴承外圈的接触力时，作如下相关假设：(1) 磁座与轴承的接触表面是理想的光滑面；(2) 磁座在与轴承外圈接触时，不在轴承表面滑动,即摩擦阻力忽略不计；(3) 考虑到接触变型的局部性，即接触面的边界尺寸总是远小于弹性体的几何尺寸；(4) 磁座的磁场是匀强磁场，即不考虑磁力线 的发散现象，且设磁力线的方向是垂直于磁座的底面向下的。

基于以上假设，可以用半空间体（当物体本身的尺寸与接触面尺寸相比很大时，则在此区域中的应力就不大依赖于物体远离接触区的形状，也不依赖于支撑物体的确切方式，这样形成的接触空间为半空间[9]）分析方法来分析磁座与轴承的接触问题。

当磁座与轴承外圈接触的时候，轴承外圈宽度与磁座的底面直径不一定正好相同，在此主要讨论磁座的底面直径小于轴承外圈宽度的情况。

一 永磁圆柱磁场的计算永磁圆柱磁场示意图如图2.4所示，以磁座中心为坐标原点建立柱坐标系。

根据文献[10]的方法，计算整个永磁圆柱在p 点所产生的磁场，可视永磁圆柱为一系列的永磁圆盘的叠加，于是可以写出图2.4永磁圆柱 磁场示意图∫−+=H L H L dB B 220ρρ∫−+×⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧++−=H L H L z R z J 2221220])[(2ρπρdz E z R z R K ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+−++−22222)(ρρ (2-28) ∫−+=H L H L z z dB B 220dz E z R z R K z R J H L H L ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧+−+−−×++=∫−+])([])[(1.222222221220ρρρπ (2-29) 上式中z B B ,ρ分别为圆柱型永磁圆柱在点),,(z p ϕρ点处的磁场强度各分量大小，0J 是材料的剩磁向量大小，K 和E 分别表示第一类和第二类完全椭圆积分，分别定义如下∫−−=202122)sin 1()(πθθd k k K (2-30) ∫−=20122)sin 1()(πθθd k k E (2-31)式中k 称为积分模数，它的定义如下：2122)(4⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡++=z R R k ρρ (2-32)式中R 为圆柱型永磁圆柱的底面半径，z,ρ分别为p 点的两个坐标分量。

振动试验中加速度传感器的选择The Choice of Acceleration Sensor in the Vibration Testing环境适应性和可靠性2009.3国家电子计算机质量监督检验中心符瑜慧李雪松杨红左进凯 FU Yu-hui LI Xue-song YANG Hong ZUO Jin-kai摘要：参与振动试验中振动量值的获得，最直接也是主要的单元之一是加速度传感器。

本文将重点对压电式加速度传感器的工作原理及影响其选型的主要因素进行探讨。

关键词：传感器；选择Abstract: Getting the vibration force in the vibration testing, there is a unit-sensor which is directness and importance. This paper will talk about that the voltage acceleration sensor function and the important factor which must think about in choosing the sensor type.Key Words:sensor ; choice.1 引言振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值都是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。

如果控制点所得到的数值不真实，就会影响到我们对试验样品的振动应力施加，可能是欠应力或过应力，欠应力会导致不能真实反应样品的质量信息，达不到预期考察样品“抗振”的试验目的，过应力可能会使样品损害，或据此以样品进行改进设计，增加企业成本；如果监测点所得到的数值不真实，监测的作用就推动了应有的作用，达不到监测振动台面和样口某薄弱环节的作用，甚至会带来不必要的错误改进。

因此，影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、样品的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。

压电加速度传感器选择和使用时的注意事项压电式加速度计具有体积小、重量轻（一般重几十克，最轻的甚至只有0.4克）、量程大（可达104g）、工作频带宽（本身固有频率最高的可达105Hz以上）等优点，是广泛采用的振动传感器。

根据各种测量要求，压电式加速度计有多种型号可供选择。

在选择和使用压电式加速度计时，还应注意以下各点：1. 灵敏度和频率范围之间的矛盾通常几何尺寸较小的加速度计具有较高的固频率，因而具有较高的工作频带；但是几何尺寸较小的加速度计其灵敏度也较低。

2. 注意安装固定方法加速度计的主轴方向应与被侧振动方向一致。

对于体积较小的加速度计，做到这一点是必须十分仔细的。

当存在与主轴方向向垂直的振动时，在保持主轴方向与被侧振动方向严格一致的同时，最好注意使横向最小灵敏度方向与垂直振动方向一致。

许多加速度计上用一红点来标明最小灵敏度方向。

3. 接线电缆的固定由于压电式加速度计是高阻抗仪器，要特别注意防止所谓“噪声干扰”。

接线电缆受到动力弯曲、压缩、拉伸等作用时会引起导体和屏蔽之间的局部电容和电荷的变化，从而形成“噪声干扰”。

因此，接线电缆要尽可能固定好，以避免相对运动。

4. 避免接地回路加速度计的安装以及与前置放大器、分析仪等仪表的连接，若形成接地回路，则通过地回路压降将影响测量效果，测量信号会混入“交流声”。

避免形成接地回路的方法是保证整个测量系统只在一点接地。

5. 背景噪声水平的监测为了保证测量结果的精确性，最好能经常检测振动量测系统的背景噪声水平。

方法是将加速度计安装在现场的“无振动”物体上，测量此时的“视在振动”水平。

要想在实际振动测量中获得合理的精确度，“视在振动水平”应小于被测振动量的1/3。

换句话说，背景噪声的电平至少要比被测振动电平低10dB。

6. 加速度计极性的考虑对于振动测量，可不必考虑加速度计极性；对于冲击测量时，应了解后续三次仪表是否对极性有要求。

7. 测试构件安装表明处理一般，传感器的底面经研磨光洁度<>8. 测试构件传感器安装孔深度及安装力矩测试构件的安装孔需要配合螺栓确定其深度，且安装力矩要合适，推荐安装力矩为3Nm。

第一章1.某压力传感器的校准数据如下表所示：校准数据列表试分别用端点连线法和最小二乘法求校准直线、非线性误差，并计算迟滞和重复性误差。

解：（1）端点连线法171.50x+-2.7017.15000.348%0.700%0.272%1.048%端基法校准直线y=迟滞误差γH =总精度γ=满量程输出y FS =重复性γR =线性度γL =（2）最小二乘法171.50x+-2.770017.15000.348%0.408%0.272%0.757%最小二乘法校准直线y=满量程输出y FS =线性度γL =迟滞误差γH =总精度γ=重复性γR =压力2．有一个温度传感器，其微分方程为x y ty15.03d d 30=+ 其中y 为输出电压（mV ），x 为输入温度(OC)，试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。

解：C mv/05.0315.0O 00===a b k s 1033001===a a τ 3.某加速度传感器的动态特性可用如下的微分方程来描述：x y t y ty 1010322100.111025.2d d 100.3d d ⨯=⨯+⨯+ 式中 y ——输出电荷量（pC ）x ——输入加速度值（m/s 2） 试确定该传感器的ω0、ξ和k 的大小。

解：静态灵敏度：8889.41025.21011101000=⨯⨯==a b k阻尼比：01.011025.223000210201=⨯⨯==a a a ξ自振角频率：51020105.111025.2⨯=⨯==a a ω4.设有两只力传感器，均可作为二阶系统来处理，自振频率分别为800Hz 和1200Hz ，阻尼比ξ均为0.4，今欲测量频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算将产生多大的振幅相对误差和相位误差。

解：讨论传感器动态特性时，常用无量纲幅值比)(ωk 。

（1）当用Hz 8000=f 、4.0=ξ的传感器测量Hz 400=f 的信号时，18.18004004.028*******211)(22220220=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ωωξωωωk220007.285333.0arctan 80040018004004.02arctan 12arctan )(-=-=⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ωωωωξωϕ 该传感器的振幅相对误差为%18%10011)(=⨯-ωk 相位误差为28.07O。

压电式加速度传感器振动传感器加速度非接触型速度位移压电式（几Hz –几10kHz ）电动式（DC –300Hz ）应变式（DC –几kHz ）半导体式（DC –1kHz ）电动式（几Hz –几kHz ）应变式（DC –几10Hz ）耐压：6kg/cm2(0.59MPa)外形尺寸（mm）9HEXx10.5Hφ10.0x5.5Hφ6.5x4.2Hφ3.6x3.3Hφ3.5x2.5H尺寸（mm）（不含接头）2.7g2.3g0.8g0.2g0.2g重量（大约）钛钛钛钛钛外壳材料微小型接头（M3 螺纹）微小型接头（M3 螺纹）微小型接头（M3 螺纹）小型接头（10-32 UNF螺纹）小型接头（10-32 UNF螺纹）接头选件选件选件3m3m电缆外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地接地200,000100,000100,00050,000100,000抗冲击能力（峰值）（m/s2 ）±100,000±10,000±10,000±10,000±100,000使用峰值（m/s2 ）60kHz35kHz40kHz60kHz60kHz共振频率（大约）fc~30,000Hzfc~15,000Hzfc~18,000Hzfc~20,000Hzfc~20,000Hz频率响应（+/-3dB）-20 ~ 80℃-50 ~ 160℃-50 ~ 160℃-50 ~ 160℃-50 ~ 160℃使用温度1,000±20%700±20%640±20%580±20%580±20%电容（pF）5%5%5%5%5%横向灵敏度（最大值）0.3±20%0.35±20%0.17±20%0.0459±15%0.035±20%灵敏度（pC/m/s2）601613612611W611608T:上部接头外形尺寸（mm）8Wx5.5Hx7D17Wx7Hx9D14HEXx32H14HEXx25H14HEXx30H(608)14HEXx25H(608T)尺寸（mm ）（不含接头）1.2g 3.2g 43g 23g 29g (608)25g (608T)重量（大约）钛钛不锈钢SUS303不锈钢SUS303不锈钢SUS303外壳材料小型接头（10-32 UNF 螺纹）微小型接头（M3 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）接头3m 选件选件选件选件电缆容器接地容器接地容器接地容器接地容器接地接地50,00020,00020,00010,00032,000抗冲击能力（峰值）（m/s 2 ）±25,000±10,000±10,000±5,000±16,000使用峰值（m/s 2 ）60kHz 40kHz 20kHz 25kHz 30kHz 共振频率（大约）fc ~20,000Hz fc ~20,000Hz fc ~8,000Hz fc ~11,000Hz fc ~12,000Hz 频率响应（+/-3dB ）-50 ~ 160℃-20 ~ 160℃-20 ~ 140℃-20 ~ 120℃-20 ~ 140℃使用温度560±20%700±20%1,000±20%1,000±20%1,000±20%电容（pF ）5%5%5%5%5%横向灵敏度（最大值）0.04±20%0.16±20%10±10%5±20%5±10%灵敏度（pC/m/s 2）611ZS 612ZS 607608LF 608/608T三轴三轴1k Ω1kΩ300Ω300Ω100Ω或小于输出抗阻（大约）外形尺寸（mm ）14.2Wx14.2Hx14.2D14.2Wx14.2Hx14.2D17HEXx34H14HEXx28Hφ7.9x11.9H尺寸（mm ）（不含接头）11.1g 11.1g 46g 21g 2g 重量（大约）钛钛不锈钢SUS303不锈钢SUS303钛外壳材料DR-4S-4DR-4S-4小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）小型接头（10-32 UNF 螺纹）接头选件选件选件选件φ1.0低噪声电缆60cm 电缆外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地外壳接地接地30,00030,00010,00010,000100,000抗冲击能力（峰值）（m/s 2 ）±4,000±400±150±1,500±3,600使用峰值（m/s 2 ）35kHz 35kHz 30kHz 40kHz 60kHz 共振频率（大约） 1 ~8,000Hz 1 ~8,000Hz 3 ~14,000Hz 3 ~23,000Hz 2 ~20,000Hz 频率响应（+/-3dB ）-50 ~ 110℃-50 ~ 110℃-40 ~ 110℃-40 ~ 110℃-50 ~ 105℃使用温度40μVrms 40μVrms 20μVrms 20μVrms 20μVrms 本底噪声（最大值）5%5%5%5%5%横向灵敏度（最大值）1±10%10±10%10±15%1.0±15%1.0±10%灵敏度（pC/m/s 2）7240Z/7240ZT 724Z/724ZT 707708702FB/ST三轴724ZT: TEDS 功能FB: 平底型ST: 螺栓型三轴7240ZT: TEDS 功能fc~20,0000.0425,000611ZSfc~20,0000.1610,000切变612ZS小型，三轴fc~8,0001010,000压缩607高灵敏度fc~11,00055,000608LF低频率fc~12,000516,000608/608T通用型fc~30,0000.3100,000601小型fc~15,0000.3510,000613小型fc~18,0000.1710,000612小型fc~20,0000.045910,000611W防水型fc~20,0000.035100,000切变611小型频率响应(Hz)（+/-3dB）灵敏度（pC/m/s2）使用峰值+/-（m/s2）传感构造型号特性1 ~8,00013,6007240ZT三轴,TEDS1 ~8,00014,0007240Z三轴1 ~8,00010360724ZT三轴,TEDS21 ~24V1 ~8,00010400切变724Z三轴3 ~14,00010150707高灵敏度3 ~23,00011,500708通用型15 ~25V0.5 ~5mA2 ~20,00013,600压缩702FB/ST小型电压恒定电流频率响应(Hz)（+/-3dB）灵敏度（pC/m/s2）使用峰值+/-（m/s2）传感构造型号特性插头转换器（10-32UNF ）-BNCCA-034延长电缆连接器（延长电缆用）CA-033小型插头（10-32UNF 螺纹）CN-032小型插座（10-32UNF 螺纹）CN-031外形说明型号A=φ24, B=14,C=M6(P=1)x4磁铁MG-707A=4, B=M6绝缘双头螺栓（260℃）IS-707HA=φ17, B=M6(P=1), C=21绝缘双头螺栓（120℃）IS-707A=φ11, B=M6(P=1), C=14绝缘双头螺栓（120℃）IS-708外形外形尺寸（mm ）说明型号3.3m3.3m 3m 1.5m 订货指定长度3m 3m 1.5m 1.5m 订货指定长度订货指定长度长度两端小型接头CL-207两端小型接头CL-206一端小型接头，一端BNC 接头CL-206B 一端小型接头，一端BNC 接头CL-207B 601, 612, 613, 612ZS,611ZS 一端小型接头，一端微小型接头CL-600一端小型接头，一端微小型接头CL-601一端小型接头，一端微小型接头CL-602一端DP-4S-1(4针), 一端3个BNC 接头CL-714B724Z/7240Z 系列一端DP-4S-1(4针), 一端3个小型接头CL-714M 一端小型接头，一端BNC 接头CL-200B 608, 608T, 608LF, 708,707两端小型接头CL-200对应压电加速传感器型号连接器型号电荷输出电压输出LX-10/20SA-611600系列低噪声电缆同轴电缆电荷输出型加速度传感器电荷放大器数据记录仪电荷输出电压输出LX-10/20 600系列低噪声电缆同轴电缆电荷输出型加速度传感器转换器数据记录仪带AR-LXPAx型电压输出式加速度传感器用输入放大器CC-10电压输出LX-10/20700系列可使用同轴电缆传感器数据记录仪带AR-LXPAx型约440g （不含干电池）重量约48W x 110H x 110D (mm) （不包含突起部）外形尺寸干电池（LR6碱性干电池4个），电荷输入时供电时间约40小时外部电源5V~15V DC, 消费电流约45mA （6V DC, 电荷输入，CAL OFF 时）100V AC （使用选件AC-DC ）电源温度：0~+40℃湿度：20~80%RH （非结露）使用环境矩形波200Hz ±20Hz, 2Vp-p ±5% (范围“H”, “M”) 矩形波200Hz ±20Hz, 20Vp-p ±5% (范围“L”) 校准信号输入换算0.02pC (mV)rms 以下，输入容量1000pF,灵敏度设定1pC/m/ s 2 （mV/m/s 2）,输出范围定1m/ s 2/ FS, LPF Pass 噪声LPF (-3dB): 1kHz, 10kHz-12dB/oct HPF (-3dB): 5Hz -6dB/oct 滤波器0.2Hz ~30kHz, +0.5dB/-3dB (范围“H”, “M”) 0.2Hz ~10kHz, +0.5dB/-3dB (范围“L”)频率特性±1.5%以内（条件200Hz,输出负荷10kΩ以上）灵敏度精度±10V/10mA负荷阻抗2kΩ以上最大输出±1V 输出阻抗1Ω以下输出额定值BNC输出接头0.03 ~ 999pC/m/s 2 （mV/m/s 2）灵敏度设定范围1，10，100倍3段切换灵敏度切换3位数字开关灵敏度设定0.5mA, 4mA （±20%），电压24VDC 恒定电流电荷：10000pC电压：±10V最大输入值电荷，电压输入开关切换式输入切换压电式加速度传感器（电荷输出型及电压输出型）连接传感器BNC （电荷输入，电压输入兼用）输入接头。

摘要压电加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压量输出的装置。

由于压电传感器具有结构简单、工作可靠等一系列优点，目前已经成为冲击振动测量中广泛使用的一种传感器。

本文以磁座式安装压电加速度传感器的安装谐振频率为主要研究对象，以理论力学为基础，建立了由磁座、压电加速度传感器及轴承组成的简单测振系统的力学模型，推导出了该系统安装谐振频率的计算公式。

通过对安装谐振频率的数学公式的分析得出，磁座底面半径、磁座高度及磁座剩磁大小是影响安装谐振频率的关键因素。

借助Matlab仿真，设计了磁座底面半径－安装谐振频率、磁座高度－安装谐振频率、磁座剩磁大小－安装谐振频率和磁座底面半径磁座高度－安装谐振频率四个仿真程序，从中得出在磁座剩磁大小比较理想的情况下，当高度在5mm以下时，应该尽量的选择底面半径较小而高度较高的磁座；当高度大于5mm时，选择底面半径和高度均较小的磁座，这样的结构有助于提高测振系统的安装谐振频率的结论。

为了验证上述理论分析的正确性，以轴承出厂时的质量检验为例，以计算机为平台设计了一个虚拟测振仪器，并以自回归谱方法对采集到的轴承振动信号进行了分析，通过理论分析结果与实际测量结果的对比分析看出，安装谐振频率与磁座高度、磁座底面半径及磁座剩磁大小的大体变化趋势基本正确。

同时，对本文测试结果与触针式安装的测量结果进行了比较，突出显示了磁座式安装的优点。

对理论值与实际测量结果之间的差异进行了误差分析，给出二者差异的主要原因，并就此给出了在振动测量中有助于改善测量结果的一些建议。

作为本论文的主要成果，作者给出了轴承振动测量中选择磁座的一般方法，为今后的在振动测量中选择磁座提供参考。

关键词：轴承振动测量磁座剩磁谐振频率自回归分析误差分析AbstractPiezoelectric acceleration sensor is based on piezoelectricity of piezoelectric material, which can transform information of vibration acceleration into electric charge or voltage. Because of its excellent performances in usage such as its simple structure, high reliability, piezoelectric acceleration sensor has been used widely in measurement of vibration and impact.In this paper, the resonant frequency of vibration measurement system with a piezoelectric acceleration sensor mounted on a magnet base is researched. A mechanics model of measurement system, which is composed of magnet base, Piezoelectric acceleration sensor and measured bearing, is set up on the basic of mechanics theory. The mounting resonant frequency of the system is deduced from the mechanics model. By analysis of the mounting resonant frequency, it can be seen that the radius of bottom surface, height and magnetization intensity of the magnet base are the key factors influencing on the mounting resonant frequency. Four emulators based on Matlab are designed to show the relations of mounted resonant frequency to the key factors.The simulation results have shown that a smaller radius and a larger height are useful to promote the mounting resonant frequency when height is less than five Millimeter and a smaller radius and height are beneficial to promote the mounting resonant frequency when height is over five Millimeter.For verifying the theoretical analysis mentioned above, a virtual instrument is constr- ucted to measure and analyze acceleration signals of bearing vibration. The results of autoregression analysis on the measured signals have shown the validity of the theoretical analysis. Comparing with the probe type of piezoelectric acceleration sensor, the magnet based acceleration sensor could acquire the signals with wider frequency band.The difference between the theoretical analysis and experimental results is discussed and reasonable suggestions to improve the measurement of bearing vibration are presented.A general method as reference selected the magnet base of acceleration sensor is also given in this paper for measurement of bearing vibration.Key words: Bearing Measurement of vibration Magnet base Remanence Resonant frequency Auto-regression analysis Analysis of error。

压电式传感器实验报告压电式传感器实验报告引言：压电式传感器是一种常用的传感器，利用压电效应将压力、力或加速度等物理量转换为电信号。

本实验旨在通过实际操作，了解压电式传感器的工作原理、特性及应用，并通过实验数据分析，探讨其在工程领域中的应用前景。

实验装置与步骤：实验装置包括压电式传感器、信号放大电路、数据采集卡和计算机等。

首先，将压电式传感器连接至信号放大电路，再将信号放大电路与数据采集卡相连，最后将数据采集卡连接至计算机。

在实验过程中，需要注意保持实验环境的稳定，避免外界干扰。

实验一：压电式传感器的特性测试在此实验中，我们将测试压电式传感器的灵敏度、频率响应和线性度等特性。

首先，将压电式传感器固定在测试台上，然后通过施加不同大小的压力来模拟实际应用中的不同工况。

同时，通过改变施加压力的频率，测试传感器的频率响应特性。

最后，记录并分析实验数据，得出传感器的灵敏度和线性度等参数。

实验二：压电式传感器在振动测量中的应用压电式传感器在振动测量中有着广泛的应用。

在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同振动源的振动信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。

通过对振动信号的频谱分析，我们可以了解振动源的频率成分及其强度，从而为工程设计提供参考依据。

实验三：压电式传感器在压力测量中的应用压电式传感器在压力测量中也有着重要的应用。

在此实验中，我们将利用压电式传感器测量不同压力下的电信号，并通过数据采集卡将信号传输至计算机进行分析。

通过对压力信号的变化趋势进行分析，我们可以了解被测对象的压力状态及其变化规律，从而为工程设计提供参考依据。

实验结果与分析：通过实验数据的分析，我们可以得出压电式传感器的灵敏度、频率响应、线性度等参数。

同时，我们还可以通过对振动信号和压力信号的分析，了解被测对象的振动状态和压力状态。

这些分析结果对于工程设计和故障诊断等领域具有重要的参考价值。

结论：压电式传感器是一种常用的传感器，具有灵敏度高、频率响应广、线性度好等优点。

压电式传感器的特点及应用压电式传感器是一种常见的传感器类型，它的主要特点是能够将压力、力、加速度、应力等物理量转化为电信号。

它利用一种或多种压电材料的特殊性质，通过压电效应来实现信号的转换。

这种传感器结构简单、易于制造，且具有较高的灵敏度和稳定性，因此被广泛应用于各个领域。

压电式传感器的主要特点有以下几个方面：1. 高灵敏度：压电材料具有较高的压电系数，能够将微小的压力或应变转化为电信号，具有很高的灵敏度。

2. 宽频响特性：压电材料的频率响应范围广，可以实现高频、宽频的信号传输，适用于不同频段的应用。

3. 快速响应速度：压电传感器具有快速的响应速度，能够在短时间内将物理量的变化转化为电信号，并能实现实时监测和反馈。

4. 宽工作温度范围：压电材料具有较高的工作温度范围，能够在高温或低温环境下正常工作，适用于各种工况条件。

5. 高稳定性：压电材料具有较高的稳定性，不易受环境影响，具有长期稳定的工作性能。

压电式传感器在各个领域有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 工业领域：在工业领域中，压电式传感器可以用于测量各种物理量，如压力传感器用于测量液压系统中的压力，力传感器用于测量机械装置的力和扭矩，加速度传感器用于监测设备的振动和运动状态等。

2. 医疗领域：在医疗领域中，压电式传感器被广泛应用于医疗设备和仪器中。

例如，心脏起搏器中的压力传感器用于测量心脏的收缩和舒张压力，听诊器中的压电传感器用于接收和转化心音和呼吸音等。

3. 汽车领域：在汽车领域中，压电式传感器被应用于多个方面，如发动机管理系统中的压力传感器用于测量燃油压力，刹车系统中的压力传感器用于测量刹车液的压力，加速度传感器用于检测车辆的加速度和倾斜度等。

4. 航空航天领域：在航空航天领域中，压电式传感器广泛应用于飞行器的测控系统中。

例如，飞机中的压力传感器用于测量气压和油压，加速度传感器用于监测飞机的振动和运动状态，应力传感器用于测量结构的应变和应力等。

压电式加速度传感器摘要：本文介绍了压电式加速度传感器的结构和工作原理，推导了传感器的数学模型，并分析了测量电路，压电传感器的产生零漂现象的各种原因，并针对这些原因提出相应的解决措施。

关键词：压电式；加速度传感器；零漂1 引言现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。

所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。

它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。

振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。

压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。

压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、体育、制造业、军事、航空航天等领域都得到了非常广泛的应用。

加速度传感器作为测量物体运动状态的一种重要的传感器，加速度传感器主要分为压阻式、电容式、应变式、压电式、振弦式、挠性摆式、液浮摆式等类型。

压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置，具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大、安装简单的特点。

2工作原理压电式加速度传感器又称为压电加速度计，它也属于惯性式传感器。

它是典型的有源传感器。

利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。

压电敏感元件是力敏元件，在外力作用下，压电敏感元件的表面上产生电荷，从而实现非电量电测量的目的。

压电加速度传感器的原理框图如图1所示，原理如图2所示。

图1 加速度传感器的组成框图支座图2 压电加速度传感器原理图实际测量时，将图中的支座与待测物刚性地固定在一起。

当待测物运动时，支座与待测物以同一加速度运动，压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用，在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。