工程选用加速度计需要考虑的参数及特性分析——赛斯维传感器网-pg电子游戏官网官方网站

　　对试验工程师来说，根据所从事的工程项目选用最合适的振动或冲击测量系统是最困难的。在获取精确可靠数据的同时，又要考虑经济性、安全性，且具有所需要的各种功能。不同的工程项目有不同的情况和要求，所处的环境条件也各不相同，对数据的要求差异也很大，它必须具有可操作性，经得起分析和检查。获得可以接受的数据是最重要的，试验工程师必须仔细地分析面对的工程项目的各个方面和环境条件，如果可能应进行结构动力学预言，通过这些分析，确定应采用的部件和系统。

　　1. 对特性的考虑和选择

　　从压电加速度计的性能一览表中，可以获知我们所要求的各种特性。但大量的数据往往会使年青的工程师感到无从下手，下面将对几个主要特性进行讨论，以帮助您进行考虑：

　　灵敏度：这是一项最为重要的指标，应根据所测振动或冲击的量级来选择合适的灵敏度，如无其它限制，通常选用高灵敏度的测量低g值的振动，选择低灵敏度的测量高g值的振动或冲击。

　　频率响应：压电加速度计应有足够的频率响应，以使其能测量试验所需的频率范围。所给出的频率响应应当与共振频率一致，其中不应有小的共振峰。低频响应是否合适，以免热瞬变输出或基座应变输出产生问题。

　　共振频率：共振应当与频率响应分开来考虑，如果在加速度计共振频率上或共振频率附近存在振动，则它的高q值会使电路饱和。有时可将放大器的量程调得足够高，或将输入信息滤波。最坏的情况，可降低灵敏度和信噪比，以提高共振频率。

　　温度范围：要考虑加速度计是否能耐受进行测量的环境，在这种环境下能否得到精确的数据。要考虑温度会否使电容、电阻和灵敏度产生变化，从而使信噪比下降。牺牲灵敏度换得温度范围的扩大尤其要慎重考虑。高温下电阻下降，是否应选用专用的信号适调仪。

　　横向灵敏度：应选用横向灵敏度比小于5%的加速度计使用。在横向加速度特别大时，特别要注意这个问题。加速度计上标志有最小横向灵敏度的方向，应使它对准最大横向振动的方向。

　　幅值线性度：具有中等灵敏度的压电加速度计一般可耐受1000 g的振动和5000~10000 g的冲击。这不是说应当在这样的加速度值上使用它们，而是根本不能用，否则将引入在额定极限处使用所带来的误差。

　　重量：在诸如圆片等轻的、柔软的结构物上测量振动时，加速度计的重量会改变被测结构物的响应，在选用加速度计时应格外慎重。

　　基座应变灵敏度：把加速度计紧密地固定到一弯曲变形的结构物上时，加速度计基座的弯曲会产生很大的误差信号，若正好装在波节上则情况更明显。很难事先知道基座应变幅值的大小，唯一的办法就是选用基座应变灵敏度低的加速度计使用。

　　瞬变温度响应：加速度计承受快速温度变化时会产生很大的低频热瞬变输出信号，这时应选用热瞬变响应低的加速度计使用。必要时可给加速度计装隔热保护层。

　　2. 对信号适调仪特性的考虑和选择

　　同样可以从信号适调仪的性能一览表中获知信号适调仪的技术特性。某些特性根据应用情况很容易确定，但某些特性是不明显的，可影响又是巨大的，甚至会损坏所有数据。困难的是这些失真的信号根本无法检测出来，它会被认为是精确的有用的信号。

　　1）明显的性能特征

　　在所感兴趣的测量范围内，频率响应应当是平直的（或已知的）；
　　增益的范围应能给后续的读显仪器可用的信号大小；
　　噪声要低，对所要求测量的数据没有明显的影响；
　　足够的信号输入能力，可以处理最大的加速度计信号而不会过载；
　　接地或绝缘条件应与加速度计的输入兼容。

　　2）不明显的性能特征

　　不太明显的，但又经常带来麻烦的性能特征是：

　　①过载能力

　　输入信号超过满量程时信号适调仪的响应称为信号适调仪的过载特性。输入信号过载可能仅仅造成削波，在输入信号回到正常量值之后，输出信号立刻回到精确的信号。在示波器上很容易检测到周期信号的削波现象。复合信号和随机信号经常会将削波现象掩盖在它固有的不规则信号之中。非周期信号严重的削波有时在示波器的示迹上也能看到。谱分析法和辐射概率密度分析法是检测非周期信号削波的最好方法。在许多瞬态信号和某些非周期信号中不可能监测到削波。

　　输入信号过载会造成某一级或多级放大器饱和。在大多数时间在输出信号的最大值或最小值处，输出信号被“锁住”，则证明它饱和了。最终恢复时会出现一条像电容放电一样的指数曲线。在信号被“锁住”，在它恢复到正常信号值之前，所有的数据都丢失了。
使信号适调仪的满量程超过加速度计输出信号的最大值就可避免削波和饱和现象。但有时这是做不到的，预估的冲击值或振动值会经常被超过。即使预估值被超过，取得精确的数据是最重要的，所以信号适调仪必须要具备高过载能力。经验证明对于冲击测量来说，信号适调仪的过载能力比振动测量更为重要。

　　②振动放大器与冲击放大器的不同

　　因为超过量程、共振激励和不能准确预知的概率更大，冲击测量时更容易超过预期的信号值。在设计冲击放大器时要使输入过载的允差比振动放大器更大些。具体体现在总增益在放大器各级间的分布不同。冲击放大器中在电荷转换器级采用低增益，而在此后的电压放大器级采用高增益。前端采用低增益可增加信号上升空间和获得高过载能力，但这样也会使前级的电噪声在后面的高增益级被放大，导致残留噪声的提高。而在振动放大器中为了降低噪声，把较多的增益放在前几级，当然这样也就减小了信号的上升空间，降低了过载能力。

　　除非在输入过载概率非常低的情况，一般不用振动放大器做冲击测量用。在预期的峰值小于满量程的三分之一时，在放大器具有30倍的过载能力时，或者根据以往的经验证明试件、夹具和其它设备不会出现过载时，才能用振动放大器进行冲击测量。

　　增益设置产生变化时，过载的响应也会变化。使用者应当知道在各种可能的工作条件下，放大器的过载响应特性。生产厂家应当给出灵敏度和满量程设置的各种组合情况下放大器的过载响应特性。

　　③输出电流与转换速率

　　所能获得的输出电流必须足够大，以避免转换速率受限，在驱动长输出电缆或高电容负载时，这点尤为重要。生产厂家应保证在整个规定的频率范围之内都可得到规定的输出电流。

　　④高频拐角频率

　　许多放大器的高频拐角频率是不可控的，一般只给出“平直的频率响应可以到xx千赫兹，而不给出超过xx千赫兹之后的响应。放大器的增益和带宽的乘积是恒定的，增益减小时，带宽（频率响应）必定增加。并未将高频拐角频率设计成可控的，而是随增益的变化而变化。如果未规定放大器的高频特性，建议使用已知拐角频率的滤波器，以去除规定频率范围以外的高频分量。

　　3. 对压电加速度计系统特性的考虑和选择

　　和与之配套的信号适调仪组成加速度计套组一起工作，这样组成的加速度计系统应更加适合于预期的应用场合。整个套组的精确度更多地受加速度计特性，诸如横向灵敏度、基座应变灵敏度、温度响应等的影响，而信号适调仪的非线性度、谐波失真度、频率响应的不平度等的影响与加速度计相比通常是可以忽略的。

　　横向灵敏度和基座应变灵敏度是最主要的误差来源。造成这些误差信号的原因是横向运动和安装表面的应变，它们又是难以确定的。许多测量情况下，横向运动可达欲测运动的几倍之大，即使用横向灵敏度比为3%的加速度计也会产生10%，甚至更大的误差。基座
应变灵敏度所引入的误差会与有用信号差不多一样大。

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