材料選擇

　　加速度計(jì)是壓電裝置，也就是說(shuō)，主要傳感元件是壓電元件，其構(gòu)造方式使得當(dāng)受到振動(dòng)力的作用時(shí)，產(chǎn)生比例電信號(hào)。發(fā)現(xiàn)一些材料是天然壓電的。石英是加速度計(jì)中常用的天然材料，具有無(wú)與倫比的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。可以使多晶陶瓷材料表現(xiàn)出壓電性能。鋯酸鉛鋯酸鹽(PZT)是加速度計(jì)用于“極化”后的常用材料。輪詢PZT使陶瓷在高溫下經(jīng)受非常高的DC電壓，以試圖沿著輪軸對(duì)齊疇。PZT表明隨著時(shí)間的推移輸出會(huì)自然衰減，需要經(jīng)常重新校準(zhǔn)。人工老化這些單元的特殊努力減少了這種情況。高沖擊水平或高溫安裝也可能導(dǎo)致基于PZT的傳感器的輸出發(fā)生變化。

　　通常，Quartz和PZT都用于制造加速度計(jì)。每種材料都有一定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如前所述，Quartz具有出色的溫度穩(wěn)定性，并且沒(méi)有老化效應(yīng)，因此隨著時(shí)間的推移非常穩(wěn)定。石英傳感器提供高電壓靈敏度，需要電壓放大器來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)。具有大值電阻器的電壓放大器通常具有固有的噪聲并且限制了***小可測(cè)量信號(hào)，但允許監(jiān)測(cè)非常高水平的振動(dòng)。基于PZT的傳感器提供高電荷輸出和高電容。使用“更安靜”的微電子電荷放大器，從而允許測(cè)量低水平振動(dòng)。

　　加速度計(jì)設(shè)計(jì)中要考慮的其他材料選擇包括外殼材料，連接器選擇和密封方法。工業(yè)加速度計(jì)需要在非常不利的環(huán)境條件下運(yùn)行。通常存在嚴(yán)酷的化學(xué)品使傳感器受到腐蝕性和***終破壞性的條件。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中需要無(wú)腐蝕性的316L不銹鋼外殼，以確保傳感器的耐用性。316L不銹鋼也用于其非磁性，這在大型電機(jī)周圍很重要。陽(yáng)極氧化鋁外殼無(wú)法承受極端條件。一些較新的傳感器正在出現(xiàn)，在案例設(shè)計(jì)中是復(fù)合的。一些復(fù)合材料表現(xiàn)出與不銹鋼相似的耐腐蝕性。連接器也應(yīng)同樣堅(jiān)固。在惡劣環(huán)境中也需要帶有氣密密封的不銹鋼連接器。BNC等非密封連接器雖然方便，但不能在工業(yè)環(huán)境中存活。BNC連接器在重復(fù)使用和劇烈振動(dòng)時(shí)也會(huì)磨損。污染物可能通過(guò)環(huán)氧樹脂密封進(jìn)入傳感器并永久損壞傳感器。密封連接器和密封激光或電子束焊接確保傳感器密封免受外部污染物的影響。

　　機(jī)械

　　三種基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用于制造工業(yè)加速度計(jì)。它們是彎曲，壓縮和剪切設(shè)計(jì)。所有三種設(shè)計(jì)都包含壓電元件的基本組件，振動(dòng)質(zhì)量，基座和外殼。

　　在彎曲設(shè)計(jì)中，壓電元件以雙懸臂梁的形式固定到震動(dòng)質(zhì)量上。圖1顯示了在支點(diǎn)或基座處驅(qū)動(dòng)的傳感元件/質(zhì)量系統(tǒng)。彎曲設(shè)計(jì)具有較低的共振頻率，并且通常不適合機(jī)械監(jiān)測(cè)應(yīng)用。由于其高輸出(高達(dá)100 V / g)，彎曲設(shè)計(jì)在低水平，低頻地震應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。彎曲元件通常是環(huán)氧樹脂，這限制了其在高沖擊環(huán)境中的應(yīng)用。

　　壓縮設(shè)計(jì)通常是***簡(jiǎn)單和***容易理解的。水晶，石英或陶瓷，用彈性預(yù)載螺栓夾在震動(dòng)質(zhì)量和基座之間。進(jìn)入基座的運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))擠壓晶體產(chǎn)生輸出。壓縮設(shè)計(jì)比工業(yè)機(jī)械監(jiān)控應(yīng)用的彎曲設(shè)計(jì)更適合，因?yàn)樗鼈兙哂懈吖舱窈透陀玫脑O(shè)計(jì)。壓縮設(shè)計(jì)通常具有厚基底，并且由于基礎(chǔ)應(yīng)變和熱瞬態(tài)敏感性，應(yīng)該在厚壁結(jié)構(gòu)上使用。

　　剪切設(shè)計(jì)使傳感元件承受剪切應(yīng)力。壓電傳感元件和振動(dòng)質(zhì)量通過(guò)一個(gè)固定環(huán)固定在一個(gè)直立的中心柱/底座上，如圖3所示。這種預(yù)載產(chǎn)生一種剛性結(jié)構(gòu)，具有良好的頻率響應(yīng)和更高的機(jī)械完整性。由于敏感軸不與安裝表面一致，因此基本應(yīng)變和熱瞬態(tài)等不利環(huán)境條件不會(huì)像其他設(shè)計(jì)那樣產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)。