|
壓電加速度計(jì)原理圖；左：壓縮型；右：三晶剪切型（Brüel&；克雅爾）。
在這兩種情況下，主軸都在垂直方向上，其中靈敏度有一個(gè)最大值。理想情況下，正交方向上的靈敏度為零。商業(yè)傳感器在垂直于主軸的方向上具有非零靈敏度，這是由于結(jié)構(gòu)公差（沒(méi)有很好地對(duì)準(zhǔn)晶體）或晶體本身的交叉靈敏度造成的。晶體類型和取向的選擇應(yīng)確保d的最大值與主軸一致，其他所有方向?yàn)榱恪＠纾?dāng)剪切類型中的d15負(fù)責(zé)最大輸出（在1方向上）時(shí)，d12和d13的值應(yīng)為零，因?yàn)檫@些垂直于晶體的力可能不會(huì)在該方向上產(chǎn)生電輸出。商用加速度計(jì)的交叉靈敏度僅為主要靈敏度的百分之幾。
當(dāng)必須測(cè)量力或加速度矢量的兩個(gè)或所有三個(gè)分量時(shí)，應(yīng)使用多軸傳感器。早期的三軸版本通常由三個(gè)獨(dú)立的傳感器組成，垂直安裝在一個(gè)外殼中，如圖8.7所示。這種傳感器的最小尺寸與模具相當(dāng)，重量低至20 g，靈敏度約為10 mV/g，其中g(shù)是重力加速度，單位為m/s2。最近，MEMS三軸加速度計(jì)充斥市場(chǎng)，主要用于消費(fèi)品（如相機(jī)和游戲）。它們也可與集成接口電路一起使用。典型靈敏度為10–100 mV/g，重量為10–50 g。
登錄以下載全尺寸圖像
圖8.7。三軸壓電加速度計(jì)由三個(gè)獨(dú)立的單軸傳感器組成。
8.2.2加速計(jì)特性
壓電加速度計(jì)的頻帶受晶體分流電阻限制在頻譜的低端（第8.2.1節(jié)）。在頻譜的上側(cè)，它受到共振頻率的限制。圖8.8顯示了標(biāo)準(zhǔn)型壓電加速度計(jì)的有效頻率范圍。這里是(ω) 是靈敏度，即施加的加速度和電輸出之間的比率，Snom是標(biāo)稱靈敏度。
登錄以下載全尺寸圖像
圖8.8。壓電加速度計(jì)的典型頻率特性。
壓電加速度計(jì)由底板、地震質(zhì)量塊和（預(yù)加載的）晶體組成。彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的機(jī)械特性遵循運(yùn)動(dòng)方程：
(8.29)
其中m是地震質(zhì)量，α 阻尼常數(shù)和彈簧常數(shù)（地震質(zhì)量和基底之間）。系統(tǒng)的固有頻率（即α=0）等于：
(8.30)
壓電加速度計(jì)的阻尼常數(shù)通常很小；在這種情況下（阻尼）共振頻率ω圖8.8中的res接近ωo。高共振頻率需要小質(zhì)量m和大剛度k。質(zhì)量決定了標(biāo)稱頻率范圍內(nèi)的靈敏度，并根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行選擇。商用加速度計(jì)的共振頻率范圍為1至250千赫：尺寸越小，共振頻率越高。
存在許多不同類型的壓電傳感器，用于各種應(yīng)用。最小的商用加速度計(jì)的重量為0.2克，諧振頻率為50千赫。
表8.3列出了幾組加速計(jì)的主要性能，表8.4顯示了一些最大額定值。
表8.3。各種加速度計(jì)規(guī)格
應(yīng)用范圍（FS）靈敏度（mV/g）分辨率（g）頻率范圍（Hz）
總則±10至±500 10–100 0.001 1–104
健壯的±50 100 10−3 1–1000
地震±5 0.05 10−4 1–3000
彈道的±105 1000 1 1–8000
大多數(shù)類型的溫度范圍為−70° 至+120°C。
表8.4。壓電傳感器的最大額定值
類型范圍（FS）靈敏度Tmax(°（三）
加速度103–106 m/s2 0.1–50 pC/ms−2 500
力102–106 N 2–4 pC/N 300
壓力107–108 Pa 20–800 pC/MPa 200
應(yīng)用壓電傳感器時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
•
材料特性取決于電負(fù)載（打開(kāi)或關(guān)閉的電氣端子）；因此所有傳感器特性（靈敏度、共振頻率ωa） 也取決于負(fù)載。
•
當(dāng)將傳感器安裝在物體上時(shí)，物體受到機(jī)械加載，導(dǎo)致加速度和共振頻率發(fā)生變化ω答。
當(dāng)M是物體的質(zhì)量，M是加速度計(jì)的質(zhì)量時(shí)，加速度降低了1倍+M/M，共振頻率降低了1倍√(1+m/m），根據(jù)公式（8.30）：
(8.31)
其中下標(biāo)o和L分別表示空載和負(fù)載情況。這些方程式允許在應(yīng)用加速計(jì)時(shí)快速評(píng)估負(fù)載效應(yīng)。
陶瓷
師羽陶瓷
Shigeyuki公司ō《物理科學(xué)與技術(shù)百科全書》（第三版），2003年
I.E.2.f壓電傳感器
壓電傳感器分為兩類。一種是由超聲產(chǎn)生部分和超聲接收（檢測(cè)）部分組成。另一種只有檢測(cè)部分，直接利用壓電效應(yīng)。用于汽車、氣體流量計(jì)、醫(yī)療設(shè)備等聲納系統(tǒng)的超聲波傳感器屬于超聲波傳感器。壓電陀螺儀也屬于這種傳感器。它是用于汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的角速度傳感器和攝像機(jī)的振動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)。它具有一個(gè)波產(chǎn)生部分和一個(gè)波接收部分。在這種情況下，產(chǎn)生的超聲波在陀螺儀元件本身中傳播，并且檢測(cè)部分通過(guò)旋轉(zhuǎn)的科里奧利力來(lái)檢測(cè)修正波。人們提出了各種壓電陀螺結(jié)構(gòu)。這些示例如圖28所示。
登錄以下載全尺寸圖像
圖28。壓電陀螺儀結(jié)構(gòu)。
壓電傳感器通常被稱為壓電式傳感器，它僅由一個(gè)檢測(cè)部分組成。它直接利用壓電（右）效應(yīng)。這種類型的典型傳感器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震傳感器和沖擊傳感器。圖29顯示了新開(kāi)發(fā)的用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的壓電沖擊傳感器。
登錄以下載全尺寸圖像
圖29。壓電沖擊傳感器。
加速度、沖擊和振動(dòng)傳感器
Craig Aszkler，《傳感器技術(shù)手冊(cè)》，2005年
IEPE加速計(jì)
IEPE傳感器包含內(nèi)置的信號(hào)調(diào)節(jié)電子設(shè)備，其功能是將壓電傳感元件產(chǎn)生的高阻抗電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為可用的低阻抗電壓信號(hào)，該信號(hào)可以通過(guò)普通的雙線或同軸電纜輕松傳輸?shù)饺魏坞妷鹤x數(shù)或記錄設(shè)備。低阻抗信號(hào)可以通過(guò)長(zhǎng)距離的電纜傳輸，并在骯臟的現(xiàn)場(chǎng)或工廠環(huán)境中使用，幾乎沒(méi)有退化。除了提供關(guān)鍵的阻抗轉(zhuǎn)換，IEPE傳感器電路還可以包括其他信號(hào)調(diào)節(jié)功能，如增益、濾波和自檢功能。IEPE加速度計(jì)系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、精度高、頻率范圍寬、成本低，是大多數(shù)振動(dòng)或沖擊應(yīng)用的推薦類型。但是，如果安裝點(diǎn)的溫度超過(guò)內(nèi)置電路的能力，則必須對(duì)此斷言提出例外。IEPE加速計(jì)的常規(guī)溫度上限為250℃°F（121）°C） ；然而，專業(yè)單位可操作到350°F（175）°C） 是的。
IEPE是一個(gè)通用的行業(yè)術(shù)語(yǔ)，用于描述內(nèi)置電子設(shè)備的傳感器。許多加速計(jì)制造商使用自己的注冊(cè)商標(biāo)或商號(hào)來(lái)表示內(nèi)置電子元件的傳感器。這些名稱的示例包括：ICP® (PCB壓電電子學(xué)），德?tīng)柼┞。˙ruel&Kjaer），壓電管（Kistler Instruments）和Isotron（Endevco）等等。
IEPE加速計(jì)中的電子元件需要來(lái)自恒定電流直流電壓源的激勵(lì)電源。該電源有時(shí)內(nèi)置于振動(dòng)計(jì)、FFT分析儀和振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器中。如果讀數(shù)中沒(méi)有內(nèi)置信號(hào)調(diào)節(jié)器，則需要單獨(dú)的信號(hào)調(diào)節(jié)器。除了提供所需的激勵(lì)外，電源還可以包括額外的信號(hào)調(diào)節(jié)，例如增益、濾波、緩沖和過(guò)載指示。IEPE加速計(jì)的典型系統(tǒng)設(shè)置如圖5.2.3所示。
登錄以下載全尺寸圖像
圖5.2.3。典型的IEPE系統(tǒng)。
傳感器和致動(dòng)器用復(fù)合材料
C。《材料百科全書：科學(xué)與技術(shù)》，2001年
2.3壓電材料
壓電傳感器保持較小（直徑幾毫米，厚度小于1毫米）。例如“智能層由具有分布式壓電陶瓷元件的嵌入式網(wǎng)絡(luò)的介電薄膜制成，采用類似于電路印刷技術(shù)的工藝制造。該層既可以集成到預(yù)浸料復(fù)合材料中，也可以粘合到其表面而不影響復(fù)合材料的強(qiáng)度。
使用壓電元件作為致動(dòng)器（圖2（a））需要尺寸相對(duì)較大的元件，例如10 mm×4毫米×0.1毫米。必須在預(yù)浸料材料中制備特殊切口，以便集成此類驅(qū)動(dòng)裝置。在選擇合適的粘接技術(shù)時(shí)需要相當(dāng)小心，以避免對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)生任何不利影響。在壓電元件上施加壓縮預(yù)應(yīng)力有助于提高壓電元件的性能。在集成壓電元件時(shí)，還需要小心，以限制t產(chǎn)生的熱量的影響 |
